Symmetrical LTP VAS

Berawal dari iseng-iseng bikin simulasi, lalu terpikir ide untuk membuat amplifier simetri pada inputnya seperti “Leach Amplifier“. Namun saya ingin menerapkan bagian VAS seperti Hitachi/Symasym yaitu Long Tail Pair (LTP), Kalau pada Hitachi, beban VAS adalah cermin arus, tapi karena amplifier ini simetri pada bagian inputnya, maka VAS harus simetri. Jadinya seperti gambar di bawah ini:

Saat terjadi clipping bentuk gelombangnya unik seperti tabung saat clipping, yaitu seperti ini:

Saya belum pernah melihat topologi amplifier seperti ini. Tapi saya yakin ada orang yang pernah membuat amplifier dengan topologi seperti ini. Agar lebih pasti maka saya tanyakan pada forum diyaudio.com. Rupanya Ostripper tertarik dengan ide saya dan bikin rancangan seperti ini. Ostripper juga membahasnya di sini.

Bagi yang penasaran dengan topologi amplifier ini, saya buatkan rancangan amplifier sederhana dengan power supply +-45V DC. Rancangannya seperti ini:

Bagian Input

Bagian input berupa LTP yang simetri yaitu yang pertama transistor Q5 dan Q7, dan yang kedua transistor Q6 dan Q8. Arus tail keduanya ditentukan oleh resistor R5 lalu dicerminkan oleh cermin arus Q1, Q4 dan Q2, Q3. Arus pada R5 sebesar 2 mA sehingga arus tail juga 2 mA. Oleh sebab itu arus kolektor tiap-tiap transistor pada LTP sebesar 1mA. Tegangan DC offset bisa diatur dengan trimpot R8.

Bagian VAS

VAS juga berupa LTP yaitu Q9, Q11 dan Q10, Q12. Dengan resistor emitor dan resistor tail tesebut, arus kolektor setiap transistor VAS sebesar 9mA. Cukup untuk menggerakkan output double emiiter follower. Pada bagian VAS ini diberi kompensasi agar penguatan pada frekuensi tinggi turun dengan kompensasi Miller C11 dan C12. Namun karena pemilihan nilai kapasitor ini cukup kecil, maka agar stabil diperlukan lead compensation C10 dan R30. Hal ini untuk mendapatkan safety margin (gain margin dan phase margin) yang mencukupi namun slew rate -nya tetap tinggi.

Bagian Output

Output yang digunakan adalah double emitter follower yang mudah implementasinya. Dengan nilai resistor emitor pada transistor finalnya, maka cacat crossover yang paling kecil didapat saat arus kolektor transistor final sebesar 80 – 90 mA. Ini bisa diatur dengan trimpot R35.

Konstruksi

Setiap LTP kedua transistornya harus ditempel badannya agar suhunya selalu sama. Ini gunanya agar DC offset relatif tidak terpengaruh oleh perubahan suhu. Khusus transistor VAS harus memakai pendingin misalnya tipe SK104 dan kedua transistor VAS dipasang pada satu pendingin dengan saling membelakangi.

Kedua cermin arus juga harus ditempel kedua badannya.

Transistor final, transistor driver, dan bias servo Q13 dipasang pada pendingin utama.

Hasil Simulasi

Phase Margin = 83 derajat dan Gain Margin = 25 dB.
Slew Rate = 72 V/µS
THD pada 75W/8Ohm, 1kHz -> 0.010225%
THD pada 75W/8Ohm, 20kHz -> 0.010916%
PSRR 1kHz -> 113 dB

Jika transistor VAS diganti dengan 2SC3503 dan 2SA1381, maka

Phase Margin = 83 derajat dan Gain Margin = 21 dB.
Slew Rate = 72 V/µS
THD pada 75W/8Ohm, 1kHz -> 0.002594%
THD pada 75W/8Ohm, 20kHz -> 0.006518%
PSRR 1kHz -> 110 dB

Jika transistor VAS diganti dengan MJE340 dan MJE350, maka

Phase Margin = 80 derajat dan Gain Margin = 18 dB.
Slew Rate = 23 V/µS
THD pada 75W/8Ohm, 1kHz -> 0.006767%
THD pada 75W/8Ohm, 20kHz -> 0.080475%
PSRR 1kHz -> 113 dB

Layout Yang Disarankan

Update

Untuk meningkatkan slew rate beberapa nilai resistor diganti nilainya. Dan schematic sesuai dengan gambar PCB di atas dengan jumper-jumpernya.

Hasil simulasi

Phase Margin = 84 derajat dan Gain Margin = 25 dB.
Slew Rate = 106 V/µS
THD pada 75W/8Ohm, 1kHz -> 0.009718%
THD pada 75W/8Ohm, 20kHz -> 0.010674%
PSRR 1kHz -> 113 dB

Salah seorang teman saya di sebuah sosial media mengaku sudah membuat amplifier ini dan puas. Saya sendiri baru bikin prototype dan belum selesai.

Baru jadi satu dengan komponen seadanya.

Update 26 Agustus 2015

Saya kurang puas kualitas frekuensi tinggi prototype sebelumnya. Setelah melakukan modifikasi akhirnya kualitas frekuensi tinggi berhasil ditingkatkan. Skematiknya seperti ini:

Salah seorang teman saya, mengatakan kualitas frekuensi rendahnya kurang. Maka saya sarankan untuk mengganti nilai C1 dengan 4,7uF dan C7 dengan 330uF/6.3V. Sekarang dia sudah puas.