RSS

Blameless 100

Setelah amplifier Blameless 150 dan Perkutut diperkenalkan di sebuah komunitas audio di Jakarta dan mendapatkan apresisasi yang baik, maka saya ingin membuat amplifier yang sederhana, dayanya lebih kecil, menggunakan transistor yang mudah didapat, dan kualitasnya di antara Blameless 150 dan Perkutut.

Blameless 150 saya rancang dengan konsep THD sekecil mungkin dan slew rate setinggi mungkin. Sedangkan Perkutut adalah amplifier sesederhana mungkin dengan THD yang tidak terlalu kecil tapi cacatnya dominan harmonik ke-2, juga dengan slew rate yang tinggi. Nah, Blameless 100 ini saya usahakan THD nya sekecil mungkin tapi cacatnya dominan harmonik ke-2, dan tentu saja slew rate nya tinggi, Seperti ini skematiknya secara konseptual.

Blameless100

Bagian Output

Bagian output saya konfigurasikan sebagai double emitter follower (EF2). Dengan power supply +-35VDC, amplifier ini mampu dibebani impedansi sampai 4 Ohm. Q9 sebagai sensor suhu harus ditempel pada pendingin transistor final agar arus biasnya stabil terhadap suhu. Arus bias diatur dengan R19 sebesar 90 – 100 mA untuk mendapatkan cacat crossover sekecil mungkin sesuai dengan kriteria Oliver.

Bagian VAS

VAS (Voltage Amplification Stage) dibentuk oleh Q6 dan Q8 yang dikonfigurasikan sebagai double emitter follower (EF2) atau oleh Douglas Self disebut enhanced beta VAS. Beban VAS adalah CCS (Constant Current Source) Q7 dan Q3. Penguatan tegangan pada VAS ini sangat tinggi sehingga dimungkinkan memakai kompensasi TMC (Transitional Miller Compensation) C5, C6, dan R12. Penggunaan kompensasi ini memungkinkan open loop gain pada frekuensi tinggi besar, sehingga THD pada frekuensi tinggi bisa sangat kecil.

Bagian Input

Input memakai LTP (Long Tail Pair) Q1 dan Q5 yang dibebani oleh cermin arus (current mirror) Q2 dan Q4. Penggunaan cermin arus selain bisa memaksa arus kolektor Q1 dan Q5 sama sehingga DC Offset menjadi kecil, juga meningkatkan open loop gain. Titik kerja LTP ini ditentukan oleh R7 yang sekaligus berfungsi sebagai bias dari Q3. Tidak digunakannya CCS pada LTP disebabkan agar cacat harmoniknya dominan harmonik ke-2. Tapi PSRR (Power Supply Rejection Ratio) menjadi kecil. Ini diatasi dengan penggunaan capacitance multiplier Q10 dan Q11.

Hasil Simulasi

Bl100freq

Gambar di atas adalah frekuensi respon sinyal kecil.

Bl100tian

Gambar di atas adalah loop gain yang dihasilkan oleh Tian probe. Terlihat bahwa Phase Margin sebesar 65 derajat dan Gain Margin sebesar 19 dB.

Bl100thd

THD pada 37W/8Ohm, 1kHz -> 0.000368%
THD pada 37W/8Ohm, 20kHz -> 0.003724%

Bl100sr

Gambar di atas menunjukkan slew rate sebesar 67V/uS.

Bl100psrr

Gambar di atas menunjukkan PSRR amplifier ini.

Saat ini sedang dibuat prototype Blameless 100. Kualitas suaranya cukup menjanjikan. Tidak lama lagi kit amplifier ini bisa dipesan ke Daniel Suroyo. Setelah di “tweak” beberapa kali, hasilnya seperti ini:

blameless100proto

Hasil simulasi terakhir:

Phase Margin = 76 derajat
Gain Margin = 14 dB
THD pada 38W/8Ohm, 1kHz -> 0.000269%
THD pada 38W/8Ohm, 20kHz -> 0.002658%
Slew Rate -> 72 V/uS
PSRR pada 1kHz -> 134 dB

 
8 Komentar

Ditulis oleh pada 24 Juli 2015 in Uncategorized

 

Subwoofer Controller

Untuk membuat sistem audio 2.1 atau subwoofer aktif diperlukan low pass filter untuk melewatkan frekuensi rendah dan membuang frekuensi tinggi. Karena sifat frekuensi rendah yang menyebar ke segala arah, maka rekaman musik frekuensi rendahnya bersifat mono, yaitu bagian kanan dan kiri sama. Sehingga hanya diperlukan satu subwoofer saja. Bisa saja subwoofer dibuat banyak, tapi tujuannya agar suara frekuensi rendah merata bukan untuk membedakan asal suara frekuensi rendah itu sendiri.

Rangkaian low pass filter ini sebaiknya frekuensi crossovernya bisa diatur agar frekuensi respon secara keseluruhan bisa rata dan bisa menyesuaikan dengan respon frekuensi speaker satelit yang digunakan. Rancangannya seperti ini.

Subwoofer controller

SL1 line input dan SL2 line output. IC1 sebagai pre-amp yang menguatkan tegangan sekitar 3X. Lalu outputnya dicampur sehingga menjadi mono. Kemudian sinyalnya masuk ke IC2A yang berfungsi sebagi subsonic filter, yaitu sinyal dengan frekuensi di bawah 20 Hz dibuang. Sinyal dengan frekuensi di bawah 20 Hz ini tidak bisa didengar dan seringkali menyebabkan cacat speaker subwoofer meningkat.

Kemudian sinyal dengan frekuensi di atas 290 Hz dibuang oleh IC2B, yang keluarannya diumpankan ke low pass filter yang frekuensi crossover-nya bisa diatur dari 35 Hz sampai 150 Hz dengan IC3A. Dengan adanya IC2B, slope atau kemiringan filter menjadi lebih tajam. IC2B dan IC3A difungsikan sebagai Butterworth filter orde dua.

Keluaran output filter di atas dimasukan ke pengatur fasa yang fasanya bisa diatur dari 0 sampai 180 derajat. Tujuannya agar suara subwaoofer sefasa dengan suara speaker satelitnya. Karena penempatan subwoofer yang seringkali tidak sejajar dengan speaker satelit sehingga diperlukan koreksi fasa. Lalu ditambahkan juga pengatur volume dengan R25. SL4 dihubungkan ke amplifier subwoofer. Daya amplifier subwoofer sebaiknya minimal 2x daya amplifier speaker satelitnya.

Layout PCB nya saya upload ke group facebook yang bernama “DIY Indonesia” dan sudah dicoba oleh tiga orang.

Seorang teman di sosial media membuat video implementasi dari subwoofer controller ini. PCB nya diproduksi oleh Daniel Suroyo. Atas ijinnya saya muat video tersebut di sini: subwoofer controller.

 
2 Komentar

Ditulis oleh pada 7 Juli 2015 in Uncategorized

 

Simple Quasi Complementary Amplifier

Pada awal ditemukannya transistor, sangat sulit untuk membuat transistor daya PNP sehingga harganya menjadi jauh lebih mahal daripada transistor daya jenis NPN. Agar harga amplifier terjangkau maka dibuatlah amplifier yang memakai transistor final jenis NPN semua. Output amplifier yang transistor finalnya memakai satu jenis transistor dinamakan Quasi Complementary. Rancangan ini disempurnakan oleh Peter Baxandall.

Saat sekarang sangat mudah untuk membuat transistor daya besar baik tipe NPN maupun PNP. Harga transistor final yang komplementer (pasangan) juga sudah sangat murah. Jadi tidak ada alasan untuk membuat rancangan quasi complementary lagi. Namun ada saatnya kita memiliki transistor daya bekas jaman dulu yang tipe sama semuanya. Daripada tidak ada gunanya, lebih baik kita buat amplifier. Kali ini saya akan membuat rancangan amplifier sederhana yang memakai transistor final 2N3055 semuanya. Inilah schematic nya,

Simple Quasy NPN

Cara kerjanya seperti AKSA 55 hanya saja transistor finalnya memakai tipe NPN semuanya. Q6 dan T1 membentuk konfigurasi double emitter follower. Sedangakan Q6 dan T2 sebagai complementary feedback pair (CFP) atau Sziklai. Q7 difungsikan sebagai dioda yang merupakan ide dari Peter Baxandall untuk mengurangi cacatnya.

Q4 sebagai bias servo harus dipasang pada pendingin transistor final. R15 untuk mengatur arus bias transistor final sehingga arus pada R23 dan R24 sebesar 80mA.

Hasil Simulasi

Phase Margin = 73 derajat
Gain Margin = 24 dB
THD pada 23W/8Ohm, 1kHz -> 0.016529%
THD pada 23W/8Ohm, 20kHz -> 0.068379%
Slew Rate = 32 V/uS

Tegangan power supply yang digunakan +-25V DC akan menghasilkan daya maksimal sekitar 25 W rms pada 8 Ohm atau 32 W rms pada 4 Ohm. Untuk konfigurasi stereo diperlukan trafo 18V CT 3A.

 
4 Komentar

Ditulis oleh pada 11 Maret 2015 in Audio

 

Tag: ,

Dasar-dasar Perancangan Mixer (Bagian II)

Sumber sinyal yang diambil dari microphone adalah mono (satu sinyal tunggal), namun sistem audio yang umum dipakai adalah stereo (dua sinyal untuk speaker kanan dan kiri). Untuk menempatkan “posisi” sumber sinyal tersebut di antara speaker kiri dan kanan di perlukan pengaturan yang dinamakan panpot (panoramic potentiometer). Panpot ini akan membagi sumber sinyal tersebut ke dua jalur stereo yang proporsinya bisa di atur. Jika dibagi sama besar maka sinyal akan berada di tengah.

Agar panpot memberikan pengaturan yang halus untuk stereo (penempatan posisi sumber suara), maka pengaturan panpot harus mengikuti kurva sinus atau cosinus, seperti di bawah ini.

kurvapanpot

Jika posisi panpot di tengah, maka kedua sinyal kiri dan kanan masing-masing mendapatkan sinyal sebesar -3 dB.

Namun sayangnya, potensiometer yang mengikuti kurva sinus/cosinus sangat jarang. Kebanyakan yang beredar di pasaran adalah potensiometer yang memiliki kurva linier dan logaritmis. Pengaturan dengan kurva sinus/cosinus bisa didekati dengan potensiometer linier yang dibebani dengan resistor seperti di bawah ini.

lawbendingpanpot

Kurvanya seperti ini (untuk salah satu potensio).

lawbendingpanpotkurva

Kualitas potensiometer untuk panpot sangat penting. Seringkali posisi panpot diujung namun salah satu channel masih tetap menerima sinyal walaupun kecil, sehingga lebar stereo jadi sempit. Bocoran sinyal sebesar -65 dB masih dimungkinkan.

Agar lebih mendekati kurva sinus/cosinus digunakan aktif panpot, yaitu patpot dengan komponen aktif yang berupa op-amp. Rangkalannya ada di bawah ini.

aktifpanpot

Rlaw pada pasif panpot diganti dengan variable impedansi negatif yang dibentuk oleh op-amp. Kurvanya seperti ini.

aktifpanpotkurva

 
6 Komentar

Ditulis oleh pada 20 Februari 2015 in Audio

 

Tag:

Elang Amplifier

Beberapa teman saya meminta saya untuk membuat rancangan amplifier dengan transistor yang mudah didapatkan di toko-toko elektronik, terutama di daerah-daerah. Banyak rancangan amplifier saya yang transistornya sulit dicari, terutama transistor untuk VAS. Sebagian besar kit amplifier daya besar memakai MJE340/350 untuk transistor VAS. Memang transistor ini memiliki tegangan VCE maksimal yang tinggi dan arus kolektor maksimal yang cukup tinggi, namun sayangnya Cob nya juga tinggi dan fT-nya rendah. Jadi sulit untuk mendapatkan THD yang rendah pada frekuensi tinggi.

Untungnya ada satu cara agar pengaruh Cob ini berkurang, yaitu dengan kaskade. Namun ada kerugian juga akibat kaskade ini, yaitu bagian VAS menjadi lebih cepat clipping sehingga daya maksimal menjadi sedikit berkurang. Namun hal ini tidak menjadi masalah yang signifikan untuk amplifier berdaya besar. Favorit hampir seluruh DIY di Indonesia. Inilah schematic nya.

ElangAmplifierSch

Bagian Output

Bagian Output sama dengan Blameless 1200 yaitu memakai triple emitter follower (TEF). Transistor driver dan final dipasang pada satu pendingin. Transistor bias servo Q15 juga dipasang pada pendingin utama agar suhunya mengikuti suhu transistor driver dan final agar arus bias transistor final stabil terhadap suhu. Arus bias transistor final diatur oleh R27 sebesar 48mA. Transistor pre-driver Q18 dan Q10 diberi pendingin kecil.

Bagian Voltage Amplification Stage (VAS)

VAS memakai konfigurasi simetris dengan Hawksford cascode (kaskade yang ditemukan oleh Professor M. Hawksford). Q11 dan Q12 bagian positif serta Q13 dan Q14 bagian negatif. LED warna biru untuk tegangan referensi sekitar 3V. Hawksford cascode menghasilkan Total Harmonic Distortion (THD) yang lebih kecil daripada kaskade biasa. Kompensasi VAS dengan kompensasi Miller C8 dan C9 ditambah dengan kompensasi lead C11 dan C12. Ini untuk menghasilkan slew rate yang tinggi namun phase margin dan gain margin masih memenuhi syarat.

Q12 dan Q13 harus diberi pendingin yang memadai.

Bagian Input

Input memakai dua penguat diferensial (LTP) yang simetri yang pertama kali diperkenalkan oleh Professor Leach. Titik kerja LTP ini ditentukan oleh sumber arus tetap Q1 dan Q2 sebesar 4mA dan terbagi dua pada masing-masing transistor LTP tersebut. Kedua LTP ini juga di kaskade agar bisa memakai transistor yang hFE nya tinggi dan low noise. Tipe transistor seperti ini biasanya tegangan maksimal VCE nya cukup kecil.

DC Servo

DC servo gunanya untuk menjaga DC Offset selalu mendekati nilai 0V dalam kondisi apapun. DC Servo ini dilakukan oleh op-amp IC1 yang merupakan integrator. Tegangan output amplifier di filter oleh R30 dan C19 lalu diintegralkan dan hasilnya diinjeksikan ke titik umpan balik untuk mengkoreksi tegangan DC akibat perubahan tegangan power supply atau karena perubahan suhu. C16 dan C19 tipenya harus film, paling baik jenis MKT. Untuk op-amp berupa single op-amp dengan JFET input. LF357 lebih baik, tapi TL071 sudah cukup untuk tugas ini.

Hasil Simulasi

Phase Margin = 87 derajat

Gain Margin = 16 dB

THD pada 391W/8Ohm, 1kHz -> 0.000561%

THD pada 391W/8Ohm, 20kHz -> 0.010958%

Slew Rate = 100V/uS

PSRR pada 1kHz = 107 dB

Amplifier ini tidak disarankan dibebani dengan speaker 2 Ohm atau lebih kecil.

Power Supply

Jumlah transistor final

R2, R5

R7, R8

R23

+-90VDC

9 pasang

4K7/2W

15K/0.5W

82K/1W

+-77VDC

7 pasang

3K9/2W

12K/0.5W

68K/1W

+-63VDC

4 pasang

2K7/2W

8K2/0.5W

56K/1W

+-56VDC

3 pasang

2K2/2W

5K6

47K/0.5W

+-45VDC

2 pasang

1K8/1W

3K3

39K/0.5W

Untuk pemakaian power supply yang tegangannya lebih kecil, arus bias transistor harus makin besar. Pada power supply +-45VDC arus biasnya 80mA.

Peringatan

Bagi pemula yang baru belajar membuat PCB sendiri dan belum pernah merakit amplifier berdaya besar tidak disarankan untuk mengimplementasikan amplifier ini. Disarankan untuk membuat PCB amplifier berdaya kecil terlebih dahulu seperti Perkutut Amplifier. Penggunaan tegangan yang tinggi dan arus yang besar memerlukan tingkat kehati-hatian yang tinggi.

Hasil Implementasi

Pengunjung blog saya (Sdr. Muntahar) mengirimkan foto hasil implementasi amplifier ini kepada saya. Komentarnya ada di bawah.

elang bias      elang dc offset

 
18 Komentar

Ditulis oleh pada 19 Februari 2015 in Audio

 

Tag: ,

Dasar-dasar Perancangan Mixer (Bagian I)

Tujuan utama mixer adalah menyampur dua buah sinyal atau lebih. Rangkaian utama dari mixer adalah penguat inverting (phase input dan output berbeda 180 derajat) yang rangkaiannya di bawah ini.

Inverting

Penguatan tegangannya (gain) = – (R2/R1). Hal ini karena arus yang mengalir ke input – (minus) op-amp baik dari R1 dan R2 selalu sama. Tegangan input = I x R1 dan tegangan output = – I x R2. Gain = Tegangan output / tegangan input. Jadi seolah-olah input – (minus) op-amp seperti ground sinyal.

Jika ada dua sinyal maka rangkaiannya seperti ini.

inverting2

Karena arus pada input – op-amp selalu sama maka arus R3 = – (arus R1 + arus R2). Tegangan outputnya = – (tegangan input1 / R1 + tegangan input2 / R2) x R3.

Rangkaian ini menjumlahkan kedua tegangan input tersebut. Jika R1, R2, dan R3 nilainya sama, maka tegangan output = – (tegangan input1 + tegangan input2).

Pada tahun 70an, mixer yang populer seperti ini.

mixer1

Rangkaian di atas memiliki crosstalk yang tinggi. Walaupun saklarnya OFF, namun selalu ada sinyal yang bocor. Perbaikannya seperti ini.

mixer2

Namun rangkaian di atas memiliki noise yang tinggi, karena input – op-amp terhubung ke ground melalui resistor dari input yang dimatikan (saklar pada posisi OFF).

Kemudian pada tahun 1979, Douglas Self membuat perbaikan dari sistem mixer yang ada saat itu. Rangkaiannya seperti ini.

mixer3

Posisi saklar saat OFF diganti, sehingga tidak ada resistor pada input – op-amp yang terhubung ke ground. Jadi ada perbaikan noise dan crosstalk.

Makin banyak sinyal yang dicampur, jalur input – op-amp jadi tambah panjang sehingga noise bisa menginterferensi jalur tersebut baik secara kopling kapasitif maupun induktif. Sehingga dibuat mixer yang memakai sinyal balance. Contohnya seperti ini.

mixer4

A1 adalah buffer dengan gain 1 dan A2 adalah buffer dengan gain -1.

Macam-macam teknik pencampuran (mixing) masih banyak lagi yang tujuannya untuk mendapatkan crosstalk dan noise sekecil mungkin.

Contoh Praktis 

SummingSCH

Rangkaian di atas contoh praktis yang sederhana dari pencampur beberapa sinyal input. Op-amp U2 gunanya untuk mengembalikan fasa sinyal input seperti aslinya dan juga mampu dibebani kabel panjang jika outputnya dihubungkan ke peralatan lainnya. R8 akan melindungi op-amp (pembatas arus) dari beban yang bersifat kapasitif (misalnya kabel), namun output impedansi tetap mendekati nol karena R8 di dalam umpan balik. Op-amp yang dipakai bisa  NE5532 (double) atau yang lebih baik.

 
1 Komentar

Ditulis oleh pada 17 Februari 2015 in Audio

 

Tag: ,

Tekukur Amplifier

Setelah ada beberapa orang yang sukses mengimplementasikan Perkutut Amplifier dan ada beberapa orang yang menginginkan pemakaian Complementary Feedback Pair (CFP) atau Sziklai pada outputnya, maka saya mencoba mensimulasikan Perkutut Amplifier dengan output CFP. Sudah menjadi rahasia umum bahwa output CFP sulit digunakan jika transistor finalnya diparalel karena mudah berosilasi. Maka saya cari transistor final yang mampu digunakan hanya satu pasang saja untuk power supply +-45VDC. Transistor final tersebut haruslah mudah didapatkan. Pilihan jatuh kepada 2SC2922 dan 2SA1216.

Saya simulasikan rangkaian push-pull dengan beban 2,5 Ohm dengan tegangan power supply +-45VDC memakai transistor tersebut. Hasilnya seperti ini.

SOA 2SC2922

Garis vertikal adalah besarnya arus kolektor dan garis horisontal adalah besarnya tegangan antara kolektor dan emitornya. Garis merah adalah garis beban resistor 2,5 Ohm. Kurva hijau adalah kurva transistor yang disipasi daya maksimalnya dibatasi sebesar 180 watt dan arus kolektor maksimalnya 17 ampere. Kurva hijau adalah Safe Operating Area (SOA) transistor yang nilainya di ambil dari datasheet-nya. Garis bebannya masih didalam kurva SOA. Jadi transistor ini bisa dipakai untuk mengendalikan beban speaker 8 Ohm dan 4 Ohm dengan pendingin yang memadai. Sama sekali tidak bisa untuk speaker 2 Ohm karena garis bebannya akan keluar dari SOA-nya. Perlu diperhatikan bahwa speaker 4 Ohm bisa memiliki resistansi sebesar 3 Ohm pada frekuensi tertentu, juga memiliki induktansi sehingga jika ingin memakai speaker 4 Ohm pada rancangan ini harus menggunakan pendingin yang cukup besar.

Perkutut Amplifier dengan output CFP. Seperti ini jadinya.

Tekukur Amplifier

Pada simulasi saya gunakan transistor final MJL4302 dan MJL4281 yang memiliki karakteristik yang mirip dengan 2SC2922 dan 2SA1216, karena saya tidak memiliki model yang akurat untuk transistor tersebut. hFE 2SC2922 dan 2SA1216 sedikit lebih kecil daripada MJL4302 dan MJL4281 sehingga THD pada beban 4 Ohm akan sedikit lebih besar daripada hasil simulasi.

Hasil Simulasi

Phase Margin = 83 derajat
Gain Margin = 16 dB
THD pada 68W/8Ohm, 1kHz -> 0.004495%
THD pada 68W/8Ohm, 20kHz -> 0.011435%
THD pada 153W/4Ohm, 1kHz -> 0.007510%
THD pada 153W/4Ohm, 20kHz-> 0.017136%
THD pada Slew Rate = 35 V/uS
PSRR pada 1kHz = 85 dB

THD nya sedikit lebih besar daripada Perkutut Amplifier. Namun banyak penggemar dari output CFP ini, yang mungkin kenaikan sedikit THD tidak menjadi masalah.

Implementasi

Untuk memperkecil DC Offset disarankan agar Q1 dan Q3 di matching besarnya hFE dan VBE. Perbedaan maksimal 5% sudah cukup baik. Lalu agar DC Offset stabil terhadap suhu, Q1 dan Q3 ditempel badannya agar suhunya selalu sama.

Arus bias yang disarankan untuk transistor driver dan final sebesar 35 mA dengan mengukur tegangan pada resistor R22 atau R23 sebesar 16 – 17 mV. Arus bias diatur dengan trimpot R12.

Q5, Q6, dan Q7 ditempel pada SATU pendingin kecil (misalnya lempengan aluminium ukuran 55 mm x 40 mm). Ini dimaksudkan agar arus bias stabil terhadap suhu. Untuk CFP bias servo harus ditempel pada transistor driver, bukan pada transistor final.

Q8 dan Q9 dipasang pada pendingin yang cukup besar.

Layout PCB

Layout PCB yang disarankan seperti ini.Transistor final disolder langsung pada PCB dengan kaki-kakinya dimasukkan melalui bagian bawah PCB.

Tekukur Amplifier top

Tekukur Amplifier bot

Selamat mencoba. Silakan kirim foto-foto hasilnya ke saya untuk dipajang di sini.

Revisi (28 February 2015)

Koneksi D1 terbalik. Yang benar schematicnya seperti ini.

TekukurSCH

PCB masih bisa digunakan dengan posisi D1 yang dibalik.

TekukurTOP

 
4 Komentar

Ditulis oleh pada 17 Februari 2015 in Audio

 

Tag: ,

 
Ikuti

Kirimkan setiap pos baru ke Kotak Masuk Anda.

Bergabunglah dengan 31 pengikut lainnya.

%d blogger menyukai ini: