RSS

Pre-amp Tabung 12AX7 Dalam Simulasi

Saya sedang mempelajari simulasi dan cara kerja tabung (tube), maka saya putuskan untuk mensimulasikan pre-amp tabung 12AX7 yang terdapat pada situs ini. Kebetulan pada situs tersebut ada data simulasinya sehingga saya bisa membandingkan hasil simulasi saya ini. Schematicnya ada di bawah ini:

12AX7preampSCH

Tegangan katoda sangat mendekati hasil simulasi pada situs tersebut.

Gainnya sebesar 28.6784dB pada 1 kHz juga sangat mendekati. Grafiknya ada di bawah ini.

12AX7preampGain

Total Harmonic Distortion (THD) dengan input 1Vpp 20 kHz sebesar 1.223716% sedikit lebih kecil daripada hasil simulasi situs tersebut. Grafik Fast Fourier Transform (FFT) bisa dilihat dibawah ini.

12AX7preampTHD

Pada grafik FFT, harmonik ke-2 paling besar, lalu harmonik ke-3 sedikit lebih kecil, harmonik ke-4 lebih kecil lagi, dan seterusnya. Ini salah satu karakteristik dari tabung. Walaupun THD nya cukup besar tapi suaranya jadi enak didengar. Suara yang jelekpun akan terdengar menjadi merdu. Ini sangat cocok untuk efek suara.

Dengan tegangan input 1Vpp akan menghasilkan tegangan output sekitar 28Vpp. Tentu saja ini berlebihan. Umumnya amplifier hanya membutuhkan tegangan 1Vpp sampai 4Vpp agar terjadi clipping. Maka saya simulasikan agar tegangan outputnya sebesar 2Vpp. Ini grafik FFT-nya.

12AX7preampTHD-1

Ternyata THD nya cukup kecil yaitu 0.089592%. Namun ini masih jauh lebih besar dibandingkan dengan op-amp NE5534 atau NE5532 sekalipun.

Impedansi output rangkaian ini disimulasikan dengan cara R5 = 1G atau tak terhingga, lalu diukur tegangan outputnya. Setelah itu diatur nilai R5 agar tegangan outputnya menjadi setengah tegangan sebelumnya. Hasilnya R5 adalah sekitar 60K Ohm. Ini sangat tinggi dibandingkan dengan pre-amp solid state pada umumnya.

Slew rate sebesar 58V/uS.

Simulasi intermodulation distortion (IMD) dengan metode CC-IF cukup menarik. Walaupun amplitudo 1 kHz cukup besar, namun amplitudo 2 kHz, 3 kHz, dan seterusnya di bawah noise nya (tidak ada). Hasilnya bisa dilihat di bawah ini.

12AX7preampIMD

Ternyata model tabung 12AX7 yang saya download dari internet bekerja sesuai dengan apa yang saya harapkan.

 
4 Komentar

Ditulis oleh pada 20 Oktober 2014 in Audio

 

Tag: ,

Perkutut Amplifier

Sepertinya sudah waktunya rancangan OCL150 diistirahatkan dan diganti dengan rancangan yang hampir sama sederhananya dan dengan pemilihan komponen yang lebih baik. Komponen tersebut harus mudah didapat di toko-toko elektronik baik konvensional maupun online setidak-tidaknya yang ada di Jakarta.

Dari pemikiran tersebut maka saya membuat simulasi rancangan amplifier yang saya namakan Perkutut, yang artinya kecil dan sederhana tapi bersuara merdu (harapannya). Schematicnya ada di bawah ini.

perkututSCH

Keterangan:

Resistor yang tidak dicantumkan ratingnya memiliki rating 0,25W kecuali R20 yang memiliki rating 1W.

Perbedaan utama dari OCL150 adalah amplifier ini kelas AB atau lebih tepatnya kelas AB dengan arus bias yang optimal dengan bias servo Q5. Arus bias diatur oleh trimpot R12 sehingga arus kolektor Q8 – Q11 masing-masing sebesar 70 – 80 mA. Ini didapat dengan mengukur tegangan di antara kedua kaki resistor 0,33 (R23/R24/R27/R8) sebesar 23 – 26 mV. Ini dimaksudkan agar cacat crossover minimal.

Perbedaan kedua adalah tambahan kompensasi C10. Kompensasi ini disebut lead compensation atau oleh Douglas Self dinamakan  input-inclusive compensation. Penggunaan C10 dimaksudkan agar bisa nilai C11 (Miller compensation) bisa kecil dengan phase margin dan gain margin yang memenuhi syarat. Akibatnya slew rate akan meningkat.

Prinsip kerja rancangan ini sederhana. Penguat diferensial Q1 dan Q3 arus kerjanya ditentukan oleh sumber arus tetap Q2 sebesar 2mA. LED1 harus berwarna merah, sehingga tegangan majunya 1,56V pada arus 1mA. Ini menyebabkan arus kolektor Q2 menjadi 2 mA. R5 sebesar 680 Ohm sehingga arus kolektor Q1 dan Q3 hampir sama. Makin mendekati nilai arus kolektor Q1 dan Q3, makin kecil cacat harmoniknya. Untuk pencinta kesempurnaan, bisa mengganti R7 dengan trimpot 1K. Atur R7 agar tegangan pada R6 dan R8 sama. R6 dan R8 gunanya untuk meningkatkan slew rate namun nilainya tidak bisa terlalu besar karena akan mengurangi penguatan loop terbuka yang kecil.

R14 dan R15 dipilih agar arus kolektor Q4 menjadi 6,9 mA Dipilih arus VAS setinggi ini agar slew rate nya tinggi.

Pemilihan transistor untuk penguat diferensial haruslah yang hFE nya tinggi dan low noise. 2SC1845 memenuhi kriteria ini. Sedangkan untuk Q2 tidak ada kriteria khusus dan disamakan saja dengan Q1 dan Q3. Untuk transistor VAS Q4 haruslah yang Cob nya kecil dan Early Voltage nya tinngi. Sebenarnya 2SA1381 atau KSA1381 lebih baik, sayangnya transistor ini sulit didapat. Toko elektronik di Indonesia sama seperti kebanyakan orang Indonesia yang lambat menyerap informasi perkembangan tehnologi. Oleh karena itu saya ganti dengan 2SA1360 yang Early Voltage nya tidak setinggi 2SA1381. Untuk transistor driver pada output double emitter follower, digunakan 2SC5171 dan 2SA1930 yang hFE nya cukup tinggi ditambah bonus fT tinggi dan Cob rendah. Makin tinggi hFE transistor driver makin tinggi impedansi inputnya, sehingga beban VAS menjadi semakin ringan dan cacat harmonik menjadi rendah. Untuk transistor final memakai 2SC5200 dan 2SA1943 yang murah dan cukup bagus. Kriteria utama transistor final adalah fT tinggi dan hFE tidak turun terlalu rendah pada arus kolektor yang tinggi. Boleh dibilang tipe transistor baru yang dibuat 10 tahun terakhir ini semuanya memenuhi syarat ini.

Hasil simulasi

Phase Margin = 86 derajat, Gain Margin = 17 dB
THD pada 74W/8Ohm, 1kHz —-> 0.024699%
THD pada 74W/8Ohm, 20kHz —> 0.028490%
THD pada 148W/4Ohm, 1kHz —> 0.031521%
THD pada 148W/4Ohm, 20kHz -> 0.034516%
Slew Rate = 37V/uS

Harmonic profile pada 1 kHz, 1 Watt rms, 8 Ohm:

Perkutut1kHz

Harmonic profile pada 20 kHz, 1 Watt rms, 8 Ohm:

Perkutut20kHz

Grafik PSRR (Power Supply Ratio Rejection) yang tidak istimewa sehingga perlu power supply yang bagus seperti pada artikel Blameless 150:

PerkututPSRR

Frekuensi respon sinyal kecil tanpa input filter:

Perkututfreqres

Open loop dikurangi closed loop untuk melihat kestabilan amplifier:

Perkututtianprobe

Cacat intermodulasi dengan metode CC-IF:

Perkututim

Kondisi saat terjadi clipping pada frekuensi 20kHz dan beban 8 Ohm:

Perkututclip

Layout yang disarankan:

perkututPCBtop

perkututPCBbottom

 
2 Komentar

Ditulis oleh pada 14 Oktober 2014 in Audio

 

Tag: ,

Warna Suara Dan Cacat Harmonik Pada Audio Amplifier

Mengapa gitar, suling, piano, biola memiliki suara yang berbeda walaupun sama-sama memainkan nada C? Bukankah nada C memiliki frekuensi yang sama? Perbedaan ini disebut warna suara atau timbre. Warna suara ditentukan oleh banyak hal, misalnya bentuk gelombang, waktu awal saat suara berbunyi (attack time) dan waktu akhir saat suara berhenti (decay time), vibrato (modulasi frekuensi).

Untuk saat ini saya akan membahas tentang bentuk gelombang. Apakah sinyal yang berbentuk gelombang sinus, segitiga, kotak, atau lainnya memiliki suara yang berbeda meskipun frekuensinya sama? Tentu saja. Jadi apa yang membedakan bentuk gelombang sinus, segitiga, kotak atau lainnya tersebut? Frekuensi harmoniknya.

Bentuk gelombang sinus, segitiga, kotak atau lainnya bisa kita amati dengan oscilloscope. Koordinat vertical dari oscilloscope menunjukkan besarnya tegangan atau amplitudonya. Sedangkan koordinat horizontal menunjukkan waktu. Ini disebut pengamatan pada domain waktu. Sinyal bisa juga diamati pada domain frekuensi. Alat untuk mengamatinya dinamakan spectrum analyzer. Koordinat vertical dari spectrum analyzer menunjukkan besarnya tegangan atau amplitudo sinyal tersebut. Sedangkan koordinat horizontal menunjukkan besarnya frekuensi.

harcon

Frekuensi harmonik adalah frekuensi kelipatan dari frekuensi dasarnya. Misalnya frekuensi dasarnya 1 kHz, maka harmonik kedua adalah 2 kHz, harmonik ketiga adalah 3 kHz, dan seterusnya. Hanya sinyal yang berbentuk sinus yang tidak memiliki frekuensi harmonik. Namun sinyal berbentuk sinus murni tidak bisa dibuat dengan rangkaian elektronik. Walaupun kita lihat di oscilloscope sinyalnya berbentuk sinus, sesungguhnya ada frekuensi harmoniknya walaupun kecil. Untuk melihatnya kita bisa menggunakan spectrum analyzer.

Ada perhitungan untuk mengubah sinyal yang dilihat pada domain waktu menjadi domain frekuensi. Perhitungan ini ditemukan oleh ahli matematika yang bernama Joseph Fourier yang dikenal sebagai transformasi Fourier.

Semua komponen elektronik akan menghasilkan cacat harmonik. Jadi jika ada sinal sinus murni yang melewati komponen tersebut, akan dihasilkan frekuensi-frekuensi harmoniknya. Pada amplifier, frekuensi-frekuensi harmonik ini tidak diinginkan karena bentuk gelombang keluaran akan berbeda dengan bentuk gelombang masukan. Inilah yang disebut dengan cacat harmonik. Jumlah keseluruhan dari cacat harmonik tersebut dinamakan THD (Total Harmonic Distortion).

RumusTHD

V1 = tegangan rms frekuensi dasarnya

V2 = tegangan rms frekuensi harmonik kedua

V3 = tegangan rms frekuensi harmonik ketiga

dan seterusnya.

THD pada amplifier akan merubah warna suara jika cukup besar. Banyak penelitian untuk mengetahui seberapa sensitif telinga manusia mampu mendeteksi perubahan warna suara yang disebabkan oleh THD ini. Namun sampai sekarang masih menjadi perdebatan. Umumnya speaker memiliki THD yang jauh lebih besar daripada amplifier.

Pada tahun 1950an, amplifier dengan THD sebesar 1% sudah dianggap cukup bagus. Lalu pada tahun 1960an tercapai THD sebesar 0,1%. Tehnologi terus mengalami perkembangan sehingga THD pada amplifier bisa mencapai kurang dari 0,0005%.

THD pada satu amplifier nilainya berubah jika daya dan frekuensinya berubah pada beban yang sama. THD makin besar jika bebannya makin kecil. Jaman dulu THD diukur pada frekuensi 1 kHz, karena mudah dilakukan. THD pada frekuensi tinggi misalnya pada 20 kHz tidak dilakukan pengukuran karena pada waktu itu alat ukur dengan bandwidth tinggi sulit dibuat dan ada anggapan bahwa harmonik dari frekuensi 20 kHz tidak bisa didengar. Namun disadari bahwa pengukuran dengan satu frekuensi tunggal kurang bermakna, sehingga dikembangkan pengukuran cacat dengan dua frekuensi dasar yang dinamakan pengukuran intermodulation distortion (cacat intermodulasi). Misalnya metode pengukuran CC-IF yaitu mencampur dua sinyal input frekuensi 19 kHz dan 20 kHz dengan amplitudo 1:1. Cacat yang timbul adalah selisih dari frekuensi kedua sinyal input dan harmonik-harmoniknya yaitu 1 kHz, 2 kHz, 3 kHz dan seterusnya. Sehingga alat ukur yang memiliki bandwidth rendah tetap bisa digunakan.

THD bukan satu-satunya spesifikasi yang menggambarkan kualitas dari amplifier. Namun THD penting sebagai panduan dalam merancang amplifier. Pengertian THD ini sulit dipahami oleh banyak orang, bahkan orang yang merancang amplifier dan menjualnya. Umumnya orang beranggapan bahwa amplifier tidak memiliki cacat. Sinyal masukan akan dikuatkan secara sempurna sehingga bentuk sinyal keluaran akan sama persis dengan sinyal masukan.

 
Tinggalkan komentar

Ditulis oleh pada 11 Oktober 2014 in Audio

 

Tag: , ,

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. Penguatan 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 25 Agustus 2014 in Uncategorized

 

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 20 Agustus 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 19 Agustus 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 17 Agustus 2014 in Uncategorized

 
 
Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.