Merancang op-amp dengan komponen discrete (resistor, kapasitor, transistor, dioda, dan lainnya) seperti merancang amplifier. Namun beban output pre-amp jauh lebih tinggi impedansinya daripada amplifier. Pre-amp setidak-tidaknya harus mampu dibebani dengan resistansi 1K Ohm dengan cacat harmonik yang cukup rendah.
Kali ini saya merancang pre-amp dengan op-amp dengan komponen discrete dan power supply menggunakan shunt regulator yang juga menggunakan komponen discrete kecuali tegangan referensinya yaitu TL431. Topologi op-amp yang saya gunakan adalah Blameless atau Lin dengan output kelas A single ended. Schematic nya secara konseptual adalah sebagai berikut:
Cara Kerja
Q2 dan Q10 adalah penguat diferensial atau Long Tail Pair (LTP) yang titik kerjanya ditentukan oleh sumber arus tetap Q6. Beban penguat diferensial ini adalah cermin arus Q4 dan Q8 yang membagi arus kolektor Q2 dan Q10 sama besarnya sehingga akan menghasilkan cacat harmonik yang kecil. Untuk Voltage Amplification Stage (VAS) memakai konfigurasi Hawksford cascode yang dibentuk oleh Q14, Q15 dan LED4. Titik kerja VAS ditentukan oleh sumber arus tetap Q16. Kemudian outputnya adalah emitter follower Q19 yang titik kerjanya ditentukan oleh sumber arus tetap Q20. Q19 bekerja dalam kelas A pada beban yang lebih besar dari 330 Ohm.
Cara kompensasi op-amp ini memakai Transisional Miller Compensation (TMC) yang terdiri dari C14, C20, dan R27. C17 untuk menambah phase margin sehingga op-amp ini menjadi lebih stabil. Penguatan tegangan ditentukan oleh R23, R24, dan R14 sebesar 9x.
Q23 dan Q24 adalah capacitance multiplier agar Power Supply Rejection Ratio (PSSR) op-amp ini menjadi tinggi.
Hasil simulasi
Phase Margin = 71 derajat
Gain Margin = 19 dB
Slew Rate = 60 V/us
PSRR 1kHz -> 145 dB
THD pada 2.74Vp/600 Ohm, 20kHz -> 0.000078%
THD pada 2.74Vp/600 Ohm, 1kHz -> 0.000234%
Di bawah ini THD dan harmonic profile -nya.
Di bawah ini intermodulation distortion dengan metode CC-IF:
Hasil Implementasi
Pertama kali dihidupkan, keluaran dari power supply ada osilasi di frekuensi tinggi. Ini bisa diatasi dengan melepas kapasitor yang diparalel dengan tegangan referensi. Lalu setelah dibebani, tegangan output power supply turun 1V dari tegangan tanpa beban. Dengan memperbaiki sumber arus tetap pada power supply (mengganti nilai satu resistor) maka tegangan output power supply tidak turun lagi saat dibebani.
Pada osiloskop tegangan output power supply tidak terlihat ada tanda-tanda noise.
Pada op-amp hanya ada penggantian satu nilai resistor pada sumber arus tetap output emiiter follower -nya menjadi sekitar 30mA. Sedikit lebih kecil dari rancangan semula. Tujuannya agar power supply bisa bekerja dengan optimal.
Di bawah ini foto prototype-nya.
Dengan pre-amp ini, amplifier VSSA saya jadi bertambah “airy” 🙂 Samasekali tidak ada hum atau dengung. Output tanpa sinyal pun tidak terlihat adanya noise pada osiloskop.
Anistardi's Blog 
kf
26 Januari 2015 at 11:19
Pak anis, apa yang dimaksud phase margin, gain margin dan PSSR ??
anistardi
26 Januari 2015 at 12:30
Phase margin adalah fasa dari loop terbuka dikurangi loop tertutup saat gainnya 0dB. Gain margin adalah gain dari loop terbuka dikurangi loop tertutup saat fasanya -180 derajat. Phase margin dan gain margin digunakan untuk menentukan kestabilan sistem dgn umpan balik negatif. Silakan pelajari diagram Bode dan teknik kendali.
PSRR adalah Power Supply Rejection Ratio atau redaman amplifier terhadap sinyal AC yang ada di jalur power supply.
kf
26 Januari 2015 at 11:23
Pak anis, data THD apa pernah diukur secara langsung ? saya pingin tahu untuk membandingkan dengan sound saya, saat ini sound saya rata2 THDnya 1%, hanya di frequensi 5500 hz THD sebesar 5%, dan setelah saya amati hal itu dikarenakan respon freq dari spk yang pada freq tersebut penguatannya paling rendah.
anistardi
26 Januari 2015 at 12:35
Saya pernah mengukur THD amplifier buatan saya sekitar 14 tahun yg lalu saat saya masih bekerja sbg engineer. Amplifier tersebut project pribadi bukan produk di perusahaan saya waktu itu. THD amplifier saya besarnya 0,06% pada 1 kHz, 8,2 ohm, 120 watt rms. Lebih kecil daripada rata2 amplifier komersial pada saat itu yg saya tahu.
sekopati
26 Januari 2015 at 14:24
luar biasa psrrnya pak Anis
anistardi
26 Januari 2015 at 14:31
Itu hanya simulasi saja. Kalau kenyataannya tergantung juga dgn layout dan pemilihan jenis komponennya.
sekopati
28 Januari 2015 at 15:23
dengan konsep stabiliser menggunakan tr dan komponen seperti skema diatas apakah bisa juga untuk menggerakkan tip3055/2955 ?
anistardi
28 Januari 2015 at 15:26
Maksudnya capacitance multiplier? Bisa saja. Kalau saya pakai capacitance multiplier untuk VAS dan input pada amplifier. Biar bisa pakai transistor kecil.
nano Romansah
26 Januari 2015 at 15:36
mantap kang
kf
26 Januari 2015 at 16:22
Mantab pak anis, saya pingin tahu lebih jauh dikiit, thd yang pak anis ukur itu output di amplifiernya ataukah output di speaker, trima-kasih pak anis.
anistardi
26 Januari 2015 at 16:53
Output di amplifier.
kf
26 Januari 2015 at 16:55
makasih pak infonya……saya pingin tahu output di speaker dari sound milik bapak….hanya ingin membandingkan dan mempelajarinya pak….
kf
27 Januari 2015 at 10:10
pak anis, apakah tidak tertarik merancang power uintuk audio mobil tanpa inverter, yang bisa menghandel hingga 35 watt untuk ngangkat subwoofer 4 ohm bahkan 2 ohm?
Siapa tau bisa lebih hemat daya karna tanpa inverter
anistardi
27 Januari 2015 at 12:48
Sulit untuk merancang amplifier dgn transistor pada powersupply 12V. Apalagi harus mengendalikan beban 2 ohm BTL. Lebih baik pakai powersupply SMPS untuk menaikkan tegangan 12V ke +-40V misalnya. Ini sedang dirancang oleh teman saya.
kf
27 Januari 2015 at 21:04
Ya pak memang sulit, tapi saya menggunakan gainclone dan dengan tegangan hanya simetris +8 0 -8 saja suara subwoofernya udah sangat kencang menggelegar dan belum BTL, apalagi kalau BTL 2 OHM, saya kira bisa mencapai 65 WATT pak,
Menurut saya tanpa BTLpun sudah cukup mumpuni untuk menggetarkan ruangan mobil.
Iman Nugroho
8 September 2015 at 20:46
kalo saja lay-out PCBnya sudah tersedia saya siap mencobanya……