Amplifier 20W dengan Tone Control

Amplifier dengan desain sederhana dan ekonomis.

Amplifier ini dilengkapi dengan rangkaian tone-control dimana nada bass dan treble dapat diatur dengan daya 20W tiap kanal stereo serta dilengkapi dengan rangkaian catu daya12V yang dapat disupply oleh aki mobil. Rangkaian tone-control ini juga dapat diaplikasikan pada amplifier lain sesuai kebutuhan.

Tone Control Stereo

Rangkaian tone-control menggunakan IC dengan karakteristik low-noise dan dikemas dalam satu packaging yang terdiri dari dua unit opamp yang mudah didapatkan di pasaran yang membuatnya ideal untuk konfigurasi stereo.

Resistor R7 dan R8 sebagai bagian dari input (non-inverting) pin 3 dari IC1 pada 6V. Ini menyebabkan input pin 2 dan output pin 1 dari IC1a juga sekitar 6V. Kapasitor C1 berguna untuk menahan arus d.c,yang mana jika tidak demikian maka arus akan mengalir dari supply 6V menuju input. Namun begitu C1 melewatkan sinyal a.c. yang mengalir dari input ke rangkaian tone-control.

Output dari pin 1menjadi feedback bagi input inverting (pin 2) melalui rangkaian yang terdiri dari resistor dan kapasitor di sekitar potensiometer VR1 dan VR2. Hal ini dikenal sebagai umpanbalik negatif dan kapasitor menyebabkan respon frekuensi dikontrol sesuai kebutuhan.

Pada prinsipnya, kapasitor akan memblok arus dc dan menjadi resitansi pada sinyal ac dengan frekuensi rendah. Jika frekuensi meningkat maka aliran yang melwati kapasitor akan meningkat pula dimana kapasitor ukuran besar lebih mudah melewatkan frekuensi rendah daripada ukuran kecil.

Deskripsi Rangkaian

Karena rangkaian menggunakan catu daya tunggal, tegangan dc rata-rata adalah setengah dari tegangan catu. Karena itu sinyal ac (sinyal suara) bergerak naik-turun dari titik 0V pada sisi kiri C1, tetapi bergerak di atas dan bawah 6V pada sisi kanan C1.

Resistors R7 and R8 menjaga input non-inverting (pin 3) dari C1 pada 6V. Ini menyebabkan input inverting (pin 2) dan output (pin 1) dari IC1 tetap berada pada rata-rata 6V.

Resistors R7 and R8 menjaga input non-inverting (pin 3) dari C1 pada 6V. Ini menyebabkan input inverting (pin 2) dan output (pin 1) dari IC1 tetap berada pada rata-rata 6V. Kapasitor C1 befungsi untuk memblok arus dc yang dapat mengalir terbalik dari supply 6V menuju input. Bagaimanapun juga C1 melewatkan sinyal suara ac untuk mengalir dari input ke tone-control.

Output dari pin 1 di-umpanbalik ke input inverting (pin 2) lewat serangkaian resistor dan kapasitor di sekitar potensiometer VR1 dan VR2. Konfigurasi ini disebut sebagai umpanbalik negatif, dan kapasitor menyebabkan respon frekuensi dapat diatur sesuai kebutuhan.

Pada prinsipnya, kapasitor akan memblok arus dc dan bersifat resistan terhadap aliran arus ac dengan frekuensi rendah. Jika frekuensi meningkat maka arus yang melewati kapasitor akan meningkat pula. Nilai kapasitor yang besar akan melewatkan frekuensi rendah lebih mudah dibandingkan nilai kapasitor yang lebih kecil.

Berikut adalah penjelasan mengenai bagaimana rangkaian tone-control bekerja, didasarkan pada kondisi bahwa frekuensi rendah tidak dapat melewati kapasitor C3 dan C2 namun frekuensi tinggi dapat melewati rangkaian ini.

Kontrol Nada Bass

Dengan mengabaikan efek dari resistor R2, jika kontrol bass diaman putaran mendekati R3 (diatur ke 0%) maka gain dari frekuensi rendah adalah rasio dari R3/R1 + VR1, sebagai contoh 10k/110k, karena itu nilai cut merupakan faktor dari nilai 10. Hal ini mengasumsikan bahwa frekuensi sangat rendah sehingga kapasitor C2 secara virtual merupakan rangkaian terbuka.

Saat frekuensi meningkat kapasitor C2 bersifat menghantarkan sejumlah sinyal hingga secara virtual akan menjadi transparan secara virtual. Resistansi VR1 akan terhubung-singkat dan gain frekuensi tinggi sebesar rasio dari R3/R1 atau 10k/10k.

Saat VR1 diputar ke arah mendekati R1 (100%), gain pada frekuensi tinggi akan tetap sama namun gain pada frekuensi rendah (saat C2 merupakan rangkaian terbuka secara efektif) akan sebesar rasio dari (R3+VR1/R1 yaitu 10k/10k dengan gain sebesar 1.

Kontrol Nada Treble

Efek kapasitor C3 adalah untuk mencegah frekuensi rendah mempengaruhi kerja dari rangkaian kontrol nada treble.Saat VR2 diputar ke arah mendekati resistor R5 (0%) gain frekuensi tinggi adalah sebesar R5/R4+VR2 yatu 3k3/473k.

Saat diputar ke arah mendekati R4 (100%) gain adalah sebesar VR2+R5/R4 yaitu 473k/3k3. Gain aktual akan ditentukan oleh efek kontrol nada bass dan resistor R2meskipun pengaturan VR1 tidak relevan.

Jika kontrol nada bass dan treble diatur pada posisi 100%, pada frekeuensi tengah (sekitar 630Hz) terjadi sedikit cut atau gain,namun pada frekuensi rendah (sekitar 20Hz)maka gain dapat di-cut atau di-boost sekitar 7 atau 8 kali. Hal yang sama, frekuensi treble sekitar 20kHz dapat di-cut atau di-boost dengan nilai yang sama.

Efek dari resistor R6 dan kapasitor C4 C4 bertujuan untuk mengurangi gain pada frekuensi yang sangat tinggi yang mana dapat berkaibat pada stabilitas. Output dari pin 1 IC1a rata-rata 6Vdc dan kapasitor C6 mengurangi nilai rata-rata tersebut menjadi nol, juga akan melewatkan sinyal ac untuk berosilasi di atas dan di bawah 0V dan siap untuk tingkat selanjutnya.

Resistor R9 merupakan sebuah beban semu (dummy load) untuk memastikan bahwa sisi negatif dari C6 adalah sebesar 0V. Kapasitor C13 dan C14 menjadi dekopling untuk menjamin kerataan tegangan sumber.

Hum

Rangkaian tone control haruslah bebas hum jika menggunakan aki ataupun rangkaian catu daya yang stabil. Namun, hum juga dapat disebabkan oleh kualitas ground.

Tone Control menggunakan IC NE5532

Sebagai contoh, jika dua buah rangkaian berasal dari tegangan sumber yang sama dan koneksi audio yang mana kabel ground-nya terhubung ke 0V dari kedua rangkaian maka arus yang melewatinya dapat menimbulkan hum. Jika ragu, lepaskan kabel ground pada salah satu ujungnya maka hum akan berkurang.

Power Amplifier

IC yang digunakan pada rangkaian ini adalah TDA2004 atau TDA2005 dan dirancang untuk dapat dioperasikan dengan tegangan sumber 12V yang membuatnya ideal untuk digunakan pada mobil. Aki mobil dapat memberikan arus yang dibutuhkan dan cukup dalam beberapa jam. IC ini akan secara otomatis mati jika terjadi kelebihan beban, namun kerusakan dapat terjadi jika tanpa beban. Jadi pastikan speaker selalu terhubung ke output IC saat power dinyalakan.

IC dikemas dengan dua unit amplifier yang dikonfigurasi secara “bridge” untuk memberikan tegangan maksimum ke loudspeaker dari supply 12V. Oleh sebab itu, untuk mode stereo dibutuhkan dua unit “power-booster” disertai komponen pendukungnya.

Rangkaian lengkap amplifier ini dapat dilihat dibawah berikut tegangan sipply yang dibutuhkan. Rangkaian di bawah adalah mono dan dibutuhkan 2 unit rangkaian yang sama.

Amplifier 20W menggunakan IC TDA2005

Sinyal input mengalir ke potensiometer VR1a yang berfungsi sebagai kontrol suara dan melewati kapasitor C1 ke pin 1 dari power amplifier IC1.

Pengeras suara LS1 dikemudikan dari dua output dari IC1, dengan demikian jika tegangan pada output salah satu amplifier tinggi, output yang lain akan rendah, dan sebaliknya. Amplifier ini diatur agar IC1 menghasilkan daya hingga 20W pada speaker dengan impedansi 2 ohm.

Pada umumnya loudspeaker memiliki impedansi yang lebih tinggi, dimana daya akan berkurang sedikit. Namun demikian, amplifier mampu meredam noise yang ditimbulkan terutama jika menggunakan loudspeaker yang efisien. Kapasitor C3, C8 dan C11 berfungsi sebagai dekopling lokal.

Catu Daya

Amplifirer dapat disupply langsung dari aki 12V dengan fuse yang sesuai, IC masih dapat menerima hingga 16V yang dapat menyebabkan noise dari mesin. Catu daya yang cocok dapat dilihat pada gambar di bawah.

Catu daya 12 Vdc

Trafo T1 harus dapat menghasilkan output 9Vac. Tegangan ac selanjutnya diubah ke bentuk dc oleh penyearah bridge REC1 dan diratakan oleh kapasitor C23 dan C24 yang nantinya akan menghasilkan tegangan sekitar 12Vdc. Arus keluaran yang dihasilkan oleh trafo haruslah sekitar 1-4 kali lebih besar daripada yang dibutuhkan amplifier.

Daftar Komponen Power dan Supply 

Trafo yang disarankan adalah sebesar 50VA dengan tegangan keluaran 9V. Lilitan primer disesuaikan dengan tegangan supply di setiap negara. Disarankan untuk menggunakan trafo toroidal. A more expensive toroidal transformer karena efek magnetik yang ditimbulkan sangat kecil dimana hal ini dapat menyebabkan interferensi.

Read More

Amplifier 12V menggunakan IC TDA7377V

 Amplifier yang menggunakan supply 12V DC umumnya menghasilkan daya kecil dan biasanya tidak memiliki karakter 'hifi'. Tetapi amplifier stereo ini memiliki daya yang tidak kecil dan distorsi rendah. Dengan suplai 14,4V, ini akan menghasilkan 20W per kanal dengan impedansi speaker 4 ohm saat terjadi clipping, sedangkan distorsi harmonik pada tingkat daya yang lebih rendah biasanya kurang dari 0,03%.

Suara yang dihasilkan sangat baik dengan nilai THD tipikal hanya 0,03% atau kurang serta dalam kondisi 'idle' konsumsi daya cukup rendah tidak lebih dari 1W. Jika tidak dipaksakan untuk mencapai daya maksimal maka IC tetap dingin dan baterai tidak cepat habis. IC ini juga memiliki sirkuit perlindungan diri dan hampir tidak mungkin mengalami kerusakan dimana IC akan secara otomastis OFF jika terlalu panas dan output akan non-aktif jika terhubung singkat.

TDA7377

Bridge Mode

Mode "bridge" yang sering disebut dengan Bridge-Tied Load (BTL) membutuhkan 2 unit amplifier per-kanal. IC TDA7377 adalah pilihan yang tepat untuk konfigurasi ini. Sekalipun dimensi IC ini cukup kecil namun dengan catu daya 12V amplifier stereo ini mampu menghasilkan hingga 20W per-kanal pada beban 4 ohm dengan tingkat distorsi yang rendah.

Deskripsi Rangkaian

Rangkaian lengkap ditunjukkan pada gambar-1 dimana inti dari rangkaian ini -seperti yang telah disebutkan sebelumnya- adalah penggunaan IC2 yaitu TDA7377V monolithic stereo BTL amplifier ditambah IC TL074 quad FET input op amp.

Seperti yang ditunjukkan dimana sinyal input diumpankan lewat kapasitor non-polar 4,7uF ke VR1 potensiometer dual-gang yang berfungsi untuk mengatur volume. Selanjutnya, sinyal akan dikopel-AC lewat kapasitor 470nF ke opamp IC1a dan IC1b. Ini berfungsi sebagai tingkat buffer dengan gain "unity" untuk menghasilkan impedansi sumber yang rendah untuk selanjutnya diolah oleh tone control Baxandall pada IC1c dan IC1d serta potensiometer VR2 dan VR3 untuk menghasilkan bass dan treble boost sebesar ±15dB dengan frekuensi tengah 700Hz. Respon frekuensi benar-benar flat dengan posisi potensiometer berada di tengah.

Untuk mengerti bagaimana tone-control bekerja, Pada bagian bass, dengan mengabaikan kapasitor 100nF, terdapat IC1c atau IC1d yang bersifat inverting, dimana resistor (termasuk potensiometer) memebentuk jaringan feedback yang akan mengontrol gain. Potensiometer bass VR2 pada searah jarum jam pada posisi maksimum, gain diatur pada 122kΩ/22kΩ atau sekitar 5.5. Jika diputar berlawanan arah (minimum) gain menjadi 22kΩ/122kΩ atau sekitar 0.18. Penambahan kapasitor 10nF melewati VR2a dan VR2b untuk menambahkan low-pass filter pada gain, agar putaran potensiometer lebih pada frekuensi rendah daripada frekuensi tinggi.Maka penguatan bass dapat diatur untuk mencapai nilai bass boost/cut.

Pada bagian treble, VR3a dan VR3b bekerja dengan hal yang sama, kecuali bahwa kapasitor 4.7nF terhubung dengan resistor secara seri dan membentuk high-pass filter.

Kapasitor 10pF pada pada input inverting dari IC1c dan IC1d akan mengurangi gain pada frekuensi tinggi yang berfungsi untuk mengurangi osilasi jika ada sinyal RF pada jaringan filter.Hal yang sama juga berlaku pada resistor 10Ω pada output IC1c dan IC1d dimana kedua IC ini akan memperkuat sinyal RF yang mungkin saja bisa lewat sampai ke power amplifier IC2.

Power Amplifier

IC2 yaitu TDA7377V hanya membutuhkan beberapa komponen eksternal. IC ini 4 buah amplifier dengan noise rendah untuk menggerakkan speaker stereo dengan konfigurasi BTL namun juga ayunan tegangan virtual pada output dan stabil dengan gain tetap sebesar 26dB.

Pin 7 yang berfungsi sebagai mode standby dapat dihidupkan ataupun dimatikan. Ini berguna untuk mencegah arus yang besar melewati sakelar ON/OFF S1. Pada kenyataannya, S1 akan men-switch daya ke pin 7 dari IC2 dan IC 1 sebagai quad-opamp.Oleh karena itu, catu daya dan IC1 tetap tersedia selama tegangan catu hidup, hanya aarus bocor dari kapasitor dan arus standby dengan arus total sekitar 100μA. Jal ini akan memicu amplifier untuk menaikkan arus diam (tidak ada sinyal) hingga sekitar 100mA.

Saat sakelar S1 di-ON-kan, kapasitor filter 100μF akan terisi lewat dioda D1. Pin 7 (standby) bersifat low-pass filter yang terdiri dari resistor 22kΩ dan kapasitor 1μF dan power amplifier tidak diaktifkan sampai opamp dihidupkan. Ini berguna untuk mencegah getaran saat dihidupkan.

Hal yang sama terjadi saat sakelar S1 dimatikan, resistor 22kΩ yang terhubung dengan anoda dari dioda D1 akan menurunkan tegangan pada pin standby dan segera mematikan IC1. Hal ini akan mencegah bunyi getar pada loudspeaker saat dimatikan.

Proteksi Polaritas Terbalik

Komponen catu daya utama terdiri dari empat buah kapasitor elektrolit 2,200μF/25V ditambah dua buah kapasitor MKT dengan nilai 470nF yang terhubung secara paralel untuk membentuk filter terhadap frekuensi tinggi dimana MOSFET Q1 menyediakan proteksi terhdap tegangan terbalik.

Walaupun IC TDA7377 dapat menahan tegangan supply negatif, namun tidak begitu dengan kapasitor elektrolit. Oleh sebab itu perlu memasang  MOSFET IRF1405 yang terhubung secara seri dengan ground.

Pada intinya, MOSFET berlaku sebagai sebuah dioda dengan tegangan maju yang sangat rendah. Secara tipikal kurang dari 25mV pada 5A. Ini dibandingkan dengan dioda penyearah standar dengan nilai sekitar 1V 5A. Ini berarti amplifier dapat menghasilkan daya lebih banyak sekitar 15% lebih daripada menggunakan dioda biasa.

Catu Daya

Arus maksimum yang dikonsumsi bergantung pada impedansi speaker dan besar-kecilnya volume. Dengan hitungan kasar, daya keluaran penuh dengan supply 14.4V dan impedansi speaker 8 ohm membutuhkan arus minimal 3A. Untuk speaker dengan impedansi 4 ohm konsumsi arus dapat melebihi 6A.

PSRR (Power Supply Rejection Ratio) adalah >50dB pada 300Hz dan dengan menggunakan kapasitor bypass dengan kapasitas yang cukup tinggi maka noise dapat ditekan serendah mungkin.

Read More

Amplifier 20W Class-A

Modul amplifier class-A 20W ini memiliki fitur tingkat distorsi ultra-rendah, kebisingan yang sangat rendah, level dan catu daya yang sederhana, yang meningkatkan efisiensi secara keseluruhan. Karena beroperasi dalam mode class-A murni maka tidak ada distorsi crossover sama sekali.

Transistor keluaran MJL21193 dan MJL21194 memiliki jarak yang cukup jauh satu sama lain dan dibaut ke heatsink yang besar. Heatsink yang cukup besar ini berfungsi untuk menghilangkan disipasi panas sekitar 50W dengan aman secara terus menerus. Rangkaian yang ditampilkan adalah mono dan dibutuhkan satu unit lagi secara mirror untuk membuatnya menjadi stereo.

MJL21193

Yang menjadi kelemahan dalam rangkaian amplifier class-A adalah meskipun bebas distorsi akan terjadi disipasi daya yang relatif besar jika dibandingkan dengan daya output nya oleh sebab itu dibutuhkan pendingin dengan dimensi yang relatif lebih besar.

Desain PCB

Posisi dua transistor penguat daya yang terpisah cukup jauh berguna agar panas diantara kedua transistor lebih tersebar dan diserap lebih baik oleh heatsink. Meskipun amplifier dapat menghasilkan output 25W maka heatsink akan menjadi terlalu panas dan akan terjadi clipping, dan operasional class-A hanya memberikan daya murni sebesar 20W.

Kinerja

Distorsi untuk daya keluaran 5W hingga 20W lebih kecil dari 0,001% dan biasanya kurang dari 0,0006% sekitar 10W. Respons frekuensi yang cukup lebar yaitu –1dB pada 90Hz dan –3dB pada 1,5Hz dan 190kHz karena adanya filter pasif pada input. Rasio signal-to-noise atau SNR dengan daya 20W pada beban 8W adalah –115dB, sedangkan A-weighted angkanya adalah –118dB.

Diagram rangkaian lengkap dari Modul Penguat Kelas-A 20W ditunjukkan pada Gb-1.

Gambar-1. Amplifier 20W Class-A

Gambar-2. Power Supply

Detail Rangkaian

Sinyal input digabung melalui sebuah kapasitor elektrolit  47uF/25V dan resistor R2 dengan nilai 100 ohm ke basis tarnsistor  Q1 yang merupakan salah satu dari pasangan diferensial Q1 dan Q2 menggunakan transistor Toshiba 2SA970 PNP low-noise.

Resistor input R2 dengan nilai 100 ohm dan kapasitor C1 dengan nilai 820pF berfungsi sebagai lowpass filter, dengan -6dB/octave roll-off di atas 190kHz. Resistor input 100 ohm (R2) dan Kapasitor 820pF (C1) merupakan filter lowpass, dengan roll-off –6dB/oktaf di atas 190kHz.

Filter ini memiliki impedansi yang sangat rendah untuk berbagai jenis sumber sinyal input dengan kontrol volume 20kohm yang juga akan menurunkan noise amplifier.

Kedua resistor bias bagi Q1 dan resistor feedback yang terhubung secara seri ke basis Q2 diatur pada 10 kohm untuk meminimalisir impedansi sumber yang dapat mengakibatkan derau yang disebut Johnson noise.

Gain dari amplifier diatur 100x oleh rasio dari resistor feedback 10 kohm dan 510 ohm  dengan penguatan sebesar 20.6, sementara gain dari low-frequency roll-off (–3dB) diatur oleh kapasitor 220uF pada 1.4Hz.

Efek Samping

Amplifier ini menggunakan kapasitor yang cukup besar pada input dan rangkaian feedback dimana hal ini bertujuan untuk menghilangkan semua efek dari distorsi kapasitor pada rangkaian audio pass-band.

Dioda D1 and D2 yang melewati kapasitor 220uF/25V berfungsi untuk mencegah kerusakan yang mungkin terjadi akibat kesalahan pada tegangan negatif power supply yang akan melindungi loudspeakers terhadap potensi kerusakan.

Pada kondisi ini, loudspeaker akan terlindungi dari kerusakan yang diakibatkan oleh modul proteksi loudspeaker namun kapasitor 220uF akan tetap digunakan untuk mengantisipasi arus balik.

Kedua dioda tersebut untuk memastikan tidak terjadi distorsi efek non-linear terhadap penggunaan satu buah dioda pada sinyal feedback maksimum atau sekitar 1V puncak.

Gain Tegangan

Gain tegangan terbesar dihasilkan oleh transistor Q9 yang diumpankan lewat Q8 sebagai emitter follower dari kolektor Q1. Emitter follower digunakan sebagai buffer kolektor Q1 untuk mengurangi efek non-linear. Transistor Q9 beroperasi tanpa resistor emitor untuk memaksimalkan gain dan tegangan pada output.

Beban pada kolektor Q1 dan Q2 disediakan oleh current-mirror transistors Q3 dan Q4. Begitupula dengan beban kolektor pada transistor Q9 disedikan oleh beban arus konstan yang tersusun atas transistor Q6 dan Q7. Sementara itu, bias tegangan pada basis untuk current-source yang konstan Q5 juga diatur oleh Q6.

Transistor Q5 merupakan pengikut arus konstan bagi pasangan input diferensial sekaligus mengatur arus kolektor yang melalui transistor ini.

Power Supply Rejection Ratio (PSRR)

Jaringan bias yang cukup rumit untuk Q5, Q6 dan Q7 berfungsi untuk memperbaiki faktor PSRR dari keseluruhan penguat. Selain itu kualiatas nilai PSRR juga ditingkatkan dengan filter bypass yang terdiri dari resistor 10 ohm/1W dan kapasitor 1000uF/35V pada supply tegangan negatif.

Faktor PSRR menjadi sangat penting karena amplifier ini beroperasi di class-A dimana akan mengkompensasi arus konstan melebihi 1A (aktual 1.12A) dari supply tegangan positif dan negatif. Ini sangat baik daripada amplifier class-B yang pada umumnya biasanya sekitar 20 hingga 30mA saja.

Driver Keluaran

Sinyal output dari tingkat penguat tegangan Q9 dikopel ke transistor driver dikopel ke Q11 dan Q13 lewat resistor 100 ohm.

Hal ini akan melindungi transistor Q7 dan Q9 jika terjadi hubing-singkat pada output yang dapat membuat transistor rusak sebelum sekering bekerja untuk memutus arus. Resistor 100 ohm juga berfungsi sebagai resistor stopper untuk membantu mencegah terjadinya osilasi parasit pada output.

Pada tingkat output menggunakan pasangan feedback komplementer (Complementary Feedback Pairs = CFP) yang terdiiri dari transistor Q11, Q12, Q13 dan Q14. Hal ini menghasilkan kinerja yang lebih linear daripada pasangan transistor Darlington yang secara umum diterapkan pada amplifier push-pull kebanyakan. Sebagai dampaknya, komponen tersebut terkoneksi sebagai pasangan feedback dengan arus feedback 100% dari kolektor Q12 ke emitor Q11 secara virtual oleh resistor emitor 0.1 ohm/5W.

Agar konsep CFP lebih mudah dimengerti, bayangkan transistor Q11 sebagai penguat common-emitter dengan resistor beban kolektor 100 ohm. Koneksi emitor-basis dari transistor Q12 dihubungkan melewati resistor 100 ohm ini, dan akan menjadi tingkat ppenguat arus dan beban kolektornya adalah resitor 0.1 ohm, yang mana akan memberikan feedback arus ke emitor Q11. Karena ada 100% feedback lokal, pasangan output ini memiliki gain total dan tingkat linearitas yang sangat tinggi.

Transistor Keluaran

Transistor output adalah MJL21193 dan MJL21194 yang dikemas dengan berbahan plastik. Rating yang diberikan adalah 250V, 16A (puncak 30A) dan 200W dan jelas sedikit berlebihan daripada yang dibutuhkan oleh amplifier ini.

Rangkaian ini menggunakan kedua komponen di atas karena kedua transistor tersebut merupakan salah satu dari transistor komplementer dengan linearitas terbaikyang dibuat oleh pabrikan komponen terbaik di dunia (awalnya dibuat oleh Motorola dan saat ini berasal dari On Semiconductor.

Pasangan feedback komplementer menggunakan transistor driver BD139 dan BD140 dan bukan transistor kebanyakan untuk daya rendah seperti BC337 dan BC327. Hal ini diperlukan karena disipasi daya yang lebih tinggi pada transistor driver.

Tingkat Multiplier

Transistor Q10 adalah multiplier Vbe dimana 'multiplier Vbe' adalah sumber tegangan mengambang dengan kompensasi suhu dan dalam hal ini ‘multiplier dari Vbe’ merupakan sumber tegangan floating yang terkompensasi-suhu yang menyediakan sekitar 1.6V di antara basis Q11 dan Q13.

Q10 sebagai multiplier akan memperbesar tegangan antara basis dan emitornya dengan rasio dari total impedansi di antara kolektor dan emitor berbanding impedansi antara basis dan emitornya.

Dalam prakteknya, trimpot VR1 tidak diatur untuk menghasilkan tegangan tertentu yang akan melewati Q10 namun untuk menghasilkan arus diam sebesar 1.12A pada tingkat keluaran. Ini membutuhkan tegangan sebesar 112mV melewati tiap resistor emitor 0.1Ω. Dalam prakteknya, resistor emitor memiliki toleransi 5%, jadi tegangan rata-rata yang melewati setiap resistor ini adalah 112mV.

Dalam prakteknya, trimpot VR1 tidak diatur untuk menghasilkan tegangan tertentu melintasi Q10, tetapi untuk menghasilkan arus diam yang ditentukan sebesar 1,12A di tahap keluaran. Ini membutuhkan tegangan dari 112mV di setiap resistor emitor 0,1Ω. Dalam prakteknya, resistor emitor memiliki toleransi 5%, jadi kami rata-rata tegangan di masing-masing resistor ini di 112mV. Pengkuran ini dapat dilakukan menggunakan multimeter digital.

Alasan menggunakan transistor BD139 adalah bahwa transistor tersebut lebih baik dalam mendeteksi suhu pada tingkat driver dan transistor output yang akan menghasilkan bias yang lebih stabil. Dlaam penerapannya, Q10 dibaut ke heatsink yang sama dengan transistor driver Q11 untuk memperaiki pendeteksian suhu. Resistor 16Ω di sirkuit kolektor Q10 berfungsi untuk meningkatkan kompensasi suhu.

Keluaran Filter RLC

Filter RLC pada output terdiri dari induktor 6.8µH air-cored, resistor 6.8Ω dan kapasitor 150nF 250VAC. Filter output ini pertamakali diperkenalkan oleh Neville Thiele dan hingga saat ini masih menjadi rangkaian filter yang sangat efektif untuk mengisolasi amplifier dari reaktansi kapasitif pada beban sehingga akan menjaga stabilitas dalam kondisi apapun.

Filter ini juga membantu melemahkan sinyal RF yang diterima loudspeaker dan menghentikannya dari umpabalik ke tahap awal amplifier dimana sinyal ini dapat menjadi sinyal tembus.

Read More

Amplifier 20W Menggunakan IC TDA7360

Cara membuat amplifier 20W menggunakan IC TDA7360 sangatlah mudah dan menggunakan komponen yang banyak beredar di pasaran.  Rangkaian amplifier ini memiliki bandwidth yang cukup lebar dan low-noise.

TDA7360

Spesifikasi lengkap IC ini dapat dilihat pada datasheet berikut dimana IC STA7360 terdiri dari 2 buah amplifier (stereo) yang dapat menghasilkan daya maksimum 11W per-channel dengan impedansi speaker 2 ohm atau 20W menggunakan speaker 4 ohm per-channel dengan konfigurasi full-bridge (mono). Dapat pula menggerakkan speaker 8 ohm (atau lebih) dengan konsekuensi bahwa daya yang dihasilkan akan lebih rendah. Konfigurasi mono (full-bridge) atau stereo dapat diatur hanya dengan menggunakan sebuah kabel. Tegangan operasi berkisar antara 8 - 18 VDC dan dapat digunakan pada sistem audio di dalam mobil.

Gb. 1. Amplifier 20W dengan konfigurasi stereo

Standby kondisi ON

Amplifier ini dilengkapi dengan mode Standby yang ditentukan oleh resistors R6, R3 dan kapasitor C3. Dlam operasi normal, IC1 pin 11 terhubung dengan tegangan supply positif (+) melalui R6 dan R3 secara seri. Jika terminal ST-BY dikoneksikan ke 0V arus positif melalui R6 akan terhubung ke ground secara shunt dan IC1 pin 11 akan terhubung ke ground lewat R3, mematikan sirkuit dan mengurangi arus supply menjadi 100uA.

Konfigurasi Bridge

Pada mode bridge (Gb-3) kedua amplifier stereo independen digabungkan untuk menggerakkan sebuah speaker LS1. The loudspeaker is connected between one amplifier output (OP1) and the other (OP2) as shown in Fig. 3.
Output dari amplifier menggunakan tegangan mid-rail yang sama maka tidak akan ada tegangan DC dan oleh karena itu tidak memerlukan kapasitor kopling C4 dan C6 pada output.. Resistor R4 dan R5 juga bersifat redundant.
Pada mode bridge, output dari salah satu amplifier adalah inverted jadi bukan saling menunda namun tegangan yang melewati speaker akan digandakan. Hal ini dilakukan oleh IC dengan menghilangkan link antara pin 8 dan pin 4 (mode-stereo) dan menghubingkan pin 10 and 4 (mode bridge).
Ayunan tegangan output pada mode bridge adalah dua kali jika dibandingkan dengan mode stereo single-ended karena speaker dapat di-drive hampir pada tegangan penuh dalam satu arah ketika output OP1 (pin 10) kondisi high dan OP2 (pin 8) pada kondisi low dan hal yang sama berlaku sebaliknya ketika output OP2 high dan OP1 low. Hal ini menghasilkan output yang lebih tinggi khususnya pada supply tegangan yang lebih rendah.
Hanya satu input (IN1) yang perlu dihubungkan dengan sinyal input signal, sementara input satunya (IN2) dapat dihubungkan ke ground input (S-G2), melalui kapasitor kopling C2. Jika input yang satunya tidak di-ground, akan bekerja sebagai input inverting, dan dapat digunakan untuk menunda bebrapa jenis interensi dan noise.

Polaritas Terbalik

Rangkaian ini tidak memiliki proteksi dari polaritas terbalik dari tegangan power supply. IC ini dapat menahan arus terbalik hingga 10A seperti yang tercantum pada datasheet ““selama menggunakan fuse 2A”.
Menggunakan dioda proteksi yang terpasang secara seri dapat mengurangi ayunan tegangan sekitar 1V, and mungkin akan mengakibatkan distorsi pada output, jadi menempatkan fuse pada jalur supply akan lebih efisien, praktis dan efektif dan sangat dianjurkan.

Clip Detector

Transistor NPN open-collector akan ON jika rangkaian mencapai clipping. Arus output dari transistor adalah 70uA dengan distorsi sekitar 1% dan akan meningkat seiring kenaikan level. Jika rangkaian men-supply sinyal input yang mengandung tegangan DC pada kontrol volume, hal ini dapat dikoneksikan agar output secara otomatis berkurang untuk mencegah distorsi beban lebih. Sebagai alternatif, arus tersebut dapat dikuatkan untuk men-drive sebuah LED.

Read More

Amplifier 10W Menggunakan IC LM1875

Amplifier ini sangat cocok untuk digabungkan dengan discman, mp3 player, perangkat game atau lainnya dengan menghasilkan cukup daya mengingat amplifier ini ditenagai oleh tegangan 16V 1.25A.

Amplifier ini memiliki 3 sumber sinyal seperti CD player, MP3 player dan tuner FM/AM tuner yang dapat dimodifikasi dengan menambahkan LED pada panel depan untuk menunjukkan sumber sinyal yang digunakan. Memiliki pengaturan bass, treble volume dan balance. Di sisi belakang dapat ditambahkan soket input RCA, terminal speaker (mis: binding post), sebuah pendingin yang dilengkapi dengan fan dan sebuah soket untuk catu daya.

LM1875

Amplifier ini dapat menghasilkan sekitar 17 watts ‘music power’ pada tiap kanal dengan impedansi speaker 4 ohm. Untuk ruangan seukuran kamar tidur amplifier ini sangat efisien. Output juga sangat senyap dimana parameter lain sangat baik dan ekonomis. Menggunakan IC LM1875 yang memiliki proteksi terhadap suhu dimana sekalipun menghubuing-singkat output, IC ini tidak akan mengalami kerusakan.

Prinsip Kerja 

Skema rangkaian dapat dilihat seperti pada gambar (Fig.1.) dimana kanal kiri dan kanan adalah identik dengan input preamp diikuti dengan tone control dan sebuah power amplifier pada tingkat akhir. Sinyal yang melewati kanal kiri dan kanan adalah sama.

Pengguna dapat memilih salah satu dari ketiga sumber sinyal menggunakan selektor input S1a yang diberi label CD, MP3 dan TUNER, namun begitu sumber sinyal dapat digunakan sebagai line-level dari berbagai sumber sinyal seperti DVD player, MiniDisc player, perangkat game ataupun VCR.

Dari sakelar, selanjutnya sinyal akan melewati low-pass filter sederhana yang dibentuk oleh resistor 2.7 kohm dan kapasitor 680pF. Filter ini  akan menyaring frekuensi RF lain ataupun noise yang mungkin saja terdapat pada sinyal audio, untuk mencegah masalah sinyal. Selanjutnya, sinyal akan melewati kontrol volume potensiometer VR1a.

Dari VR1a, sinyal tersebut akan melewati kapasitor kopling 220nF ke input IC1a, yang merupakan setengah dari IC opamp TL072 dual FET. IC1a berfungsi sebagai preamplifier dengan gain tegangan diatur sebesar 3x menggunakan feedback negatif yang dibentuk oleh resistor 5.6 kohm dan 2.7 kohm.

Sinyal yang sudah diperkuat oleh IC1 dari output pin 1 kemudian diumpankan ke tone-control dari IC2 yaitu setengah kedua dari IC opamp TL072. IC2 terhubung dengan tone-control feedback negatif menggunakan metode Baxandall dimana frekuensi yang lebih rendah dari 500Hz akan mengalami bass-boost. Sementara jika VR2a diputar berlawanan arah jarum jam akan mememberikan efek bass-cut di bawah frekuensi 500Hz.

Hal yang sama terjadi dimana VR3a dapat digunakan untuk mengatur boost atau cut di atas frekkuensi 2kHz. Dengan terhubungnya kedua tone-control ini yang mana merupakan bagian dari rangkaian feedback negative yang terhubung ke IC2a, maka pengaturan boost atau cut tanpa menghasilkan distorsi ataupun kenaikan noise.

Pengaturan Balance

Sinyal output dari IC2a kemudian diumpankan lewat resistor seri 4.7 kohm dan sebuah kapasitor non-polar 1 uF (NP) ke input positif dari IC3 yang merupakan daya bagi IC power amplifier kanal sebelah kiri. Perhatikan salah satu ujung VR4 (kontrol Balance) terhubung ke gabungan dari resistor 4.7 kohm dan kapasitor 1 uF NP.

Karena titik yang bergerak pada potensiometer VR4 terhubung ke ground, artinya resistor 4.7 kohm membentuk pembagi tegangan yang juga sama dengan kanal yang lain. Sebagai tambahan, karena kedua oembagi tegangan dilakukan oleh VR4 maka rasionya berubah berdasarkan posisi putaran dimana saat putaran dilakukan ke arah salah satu titik dari titik tengah, gain akan berkurang di kanal sebelah kirinamun akan meningkat di kanal sebelah kanan dan begitupula sebaliknya.

IC Penguat Daya

IC3 menggunakan IC penguat daya LM1875T dengan kemasan TO-220 dengan 5 pin dan lempengan besi untuk dihubungkan ke heatsink. IC ini terhubung sebagai penguat daya dasar dengan penguatan tegangan sekitar 18 kali, yang mana diatur oleh resistor feedback negatif 82 kohm dan 4.7 kohm (gain = 1 + 82k/4.7k).

Kapasitor 4.7uF yang terhubung secara seri dengan resistor 4.7 kohm bertujuan untuk memberikan feedback negatif penuh DC demi kestabilan suhu maksimal. Sebagai tambahan, kapasitor 220nF yang terhubung secara seri dengan resistor 2.7 kohm yang dihubungkan antara output IC3 dan ground membentuk rangkaian Zobel-filter untuk memastikan bahwa amplifier dalam kondisi stabil pada frekuensi tinggi dengan berbagai impedansi speaker.

Catu Daya

Kedua IC3 dan IC4 dioperasikan oleh supply ±22V DC. Ini memberikan supply DC total sebesar 44V yang dibutuhkan oleh tingkat penguat daya untuk menghasilkan daya yang diinginkan ke speaker 8 ohm dengan distrosi yang rendah.

Supply tegangan ±22V DC diperoleh dari tegangan sumber 16V AC menggunakan 4 buah dioda dengan penyearah setengah gelombang untuk menggerakkan IC3 dan IC4. Tiap penyearah (positif dan negatif) menggunakan sebuah dioda 1N5404 dan sebuah kapasitor reservoir 2,200uF dimana ini dilakukan untuk meminimalkan efek crosstalk antara kedua channel.

Read More

Amplifier 10W Menggunakan IC TDA2004

Artikel ini akan membahas cara membuat amplifier 10W menggunakan IC TDA2004 yang komponennya cukup umum di pasaran. Amplifier ini dirancang dengan sangat serbaguna dengan menghasilkan daya keluaran 10 watt RMS (maks 20 watt) pada beban 8 ohm dengan berbagai jenis input.

Amplifier 10W Menggunakan IC TDA2004 

Spesifikasi IC ini dapat dilhat pada datasheet pabrik pembuat. Ada dua input yang bersifat flat; yang pertama adalah input dengan impedansi 47k untuk mikrofon dinamis dan elektret, pick-up gitar, dan sumber sinyal rendah lainnya. Input kedua memiliki impedansi 1M dengan sumber sinyal yang memiliki tingkat tegangan masukan antara 100mV hingga 1 

Input lain yang sifatnya independen disertakan dengan pemerataan RIAA untuk digunakan dengan pick-up magnet bergerak. Kanal ini memiliki level kontrol sendiri yang sifatnya flat sehingga sinyal dari keduanya dapat digabungkan. Kontrol volume master memungkinkan level output untuk disesuaikan tanpa mempengaruhi tingkat relatif dari dua kanal.

Input lain yang sifatnya independen disertakan dengan pemerataan RIAA untuk digunakan dengan pick-up magnet bergerak. Kanal ini memiliki level kontrol sendiri yang sifatnya flat sehingga sinyal dari keduanya dapat digabungkan. Kontrol volume master memungkinkan level output untuk disesuaikan tanpa mempengaruhi tingkat relatif dari dua kanal.

Berikut penjelasan lebih rinci tentang amplifier 10W menggunakan IC TDA2004.

Cara Kerja

Diagram blok penguat ditunjukkan pada Gambar-1. Dua soket input yang dikoneksikan secara paralel terdapat pada masukan disc agar sinyal stereo secara otomatis terhubung untuk menghasilkan suara mono.

Gambar.1. Diagram Blog Amplifier 10W

Pada tingkat mixer, mixer stage terdapat sebuah sirkuit “soft limiter” yang berguna untuk menghasilkan efek “overdrive” ketika menggunakan gitar listrik sebagai sumber sinyal ataupun untuk memperbaiki pembicaraan agar lebih jelas saat berteriak di depan mikropon.

Kelebihan dari “soft limiting” adalah perilaku amplifier saat terjadi beban lebih sinyal yang dihasilkan akan lebih smooth dan terkontrol. Pada kenyataannya, adanya “soft limiting” akan menghasilkan efek kompresi yang akan memperbaiki efektifitas kekuatan suara tanpa menghasilkan suara kasar.

“Soft limiting” dihasilkan dengan cara menurunkan pengaturan volume master dan meningkatkan pengaturan volume input channel flat untuk dikompensasi. Level relatif dari kedua kontrol tersebut mempengaruhi derajat limiting yang diterapkan. Pada pengaturan kontrol “normal” limiting tidak terjadi hingga keluaran daya penuh terjadi dan amplifier mulai terjadi clip.

Catu daya pada amplifier menggunakan IC regulator tegangan. Komponen ini sering dihilangkan pada perancangan amplifier untuk menekan biaya. Penggunaan IC pada perancangan ini memberikan dua keuntungan. Pertama, efek ‘hum” pada output praktis tidak terdengar bahkan pada penganturan maksimum dari semua kontrol. Keuntungan kedua, adalah trafo dan penyearah pada power supply terlindungi dari kondisi hubing-singkat pada output. Kemampuan untuk menahan penyalahgunaan tanpa masalah adalah sangat penting bagi sebuah amplifier yang akan digunakan sebagai sebuah perangkat handal dalam berbagai situasi.

Penguat Daya

Rangkaian amplifier ditunjukkan pada Gb-2. Sirkuit power amplifier terlihat sangat sederhana karena semua pekerjaan dilakukan oleh sebuah IC penguat daya TDA2004 class-B. IC ini terdiri atas dua power amplifier yang identik yang sudah terkoneksi sebagai amplifier mode bridge.

Gambar. 2. Power Amplifier 10W

Jaringan feedback yang tersusun dari resistor R17, R18, R19, R20 dan kapasitor C14, C16 diatur sedemikian rupa sehingga output dari amplifier yang lebih rendah tepat sama dari kebalikan dari amplifier yang lebih tinggi. Loudspeaker dihubungkan antara dua output agar ayunan tegangan maksimum yang melaluinya adalah dua kali dari pengoperasian tunggal.

Pada output makimum tiap tingkat dapat menghasilkan 13V peak-to-peak serta menghasilkan 26V pada loudspeaker. Dengan output sinuisoidal ini setara dengan 9V rms yang menghasilkan lebih dari 10W pada 8 ohm atau 20W puncak.

Tegangan supply untuk IC4 di-dekopel oleh C23, R16 dan C12. Komponen lain di sekitar IC4 adalah R21, C17, R22 dan C18, yang berfungsi untuk mencegah ketidakstabilan frekuensi tinggi; C13 dan C15 sebagai bootstrap untuk meningkatkan ayunan tegangan output dan kapasitor coupling input C10 dan C11. Satu keuntungan besar dari amplifier mode full-bridge adalah bahwa kedua output berada pada tegangan DC yang sama dan kapasitor coupling yang cukup besar tidak dibutuhkan.

Catu Daya

Catu daya yang baik sangatlah dibutuhkan dengan trafo utama yang berkualitas dengan bobin primer dan sekunder; ini bertujuan untuk mengurangi interferensi sampai level minimum.

Gambar. 2. Rangkaian catu daya

Sebuah trafo standar center-tap yang terhubung ke dua buah dioda (D8, D9) dan sebuah kapasitor penghalus C19 memberikan tegangan DC kasar yang akan mensupply IC5 regulator 15V. Dari IC5, tegangan 15VDC yang stabil di-dekopel oleh C21 sebelum masuk ke rangkaian power amplifier.

Kapasitor C20 dan C22 dihubungkan sedekat mungkin ke IC5 dan mencegah ketidakstabilan frekuensi tinggi yang diakibatkan induktansi timah. Tegangan ripple output dari IC5 kurang dari 10mV bahkan ketika amplifier menghasilkan output penuh.

Preamplifier

Pada bagian preamplifier, tiga buah op-amp dengan noise rendah digunakan untuk men-supply dua kanal input dan penguat mixer. Tegangan mid-rail sebesar 7.5V yang dibutuhkan untuk memberikan bias yang tepat pada tingkat ini yang dibutuhkan untuk memberikan bias yang tepat sehingga menghasilkan tegangan 15V oleh resistor R1 dan dioda zener D1 serta di-dekopel oleh kapasitor C1.

Gain dari kanal dengan respon frekuensi yang bersifat “flat” juga dihasilkan oleh IC, yang mana konfigurasinya sebagai penguat non-inverting. Dua level pada input ditentukan oleh resistor R2 dan R7 yang berarti juga impedansi input. Input dihubungkan lewat soket jack stereo dengan sensitifitas 47 kohm dan input dengan sensitifitas rendah terhubung dengan resistor 1 Mohm.

Koneksi pada terminal terminal jack bersifat common ground. Saat jack mono dihububungkan secara otomatis terhubung ke resistor 47 k ohm sebagai input sensitifitas tinggi, dapat berupa gitar, mikropon, dll. Dioda D2 dan D3 terhubung secara seri dengan resistor R6 berfungsi untuk melindungi amplifier terhadap sinyal input yang berlebihan.

Tegangan statis dan sinyal apapun yang berasal dari luar berpotensi merusak amplifier. Kombinasi dari resistor seri berfungsi untuk membatasi arus dan dioda shunt yang terhubung langsung dengan tegangan supply harus dihilangkan kecuaIi jika terjadi sambaran petir.

Mixer

Sinyal dari VR1 dan VR2 melalui resistor R13 dan R12 ke input inverting dari IC3 adalah tingkat mixer. Sinyal feedback pada tingkat ini dihasilkan oleh provided by R14 and C8 untuk sinyal dengan level rendah dan menengah. Pada level yang lebih tinggi, dioda D6 dan D7 akan mulai bekerja dan mengahsilkan sinyal feedback yang lebih besar seiring dengan meningkatnya level sinyal.

Sinyal feedback yang progresif ini memberikan karakter suara soft limiting. Kapasitor C8 memberikan respon roll-off frekuensi tinggi yang baik pada mixer. Penggunaan amplifier “inverting” sebagai mixer menjamin bahwa interaksi antara pengaturan VR1 dan VR2 dihilangkan. Dari tingkat mixer sinyal akan melalui kontrol volume master ke amplifier.

Perhatikan polaritas dioda dan kapasitor elektrolit serta pin IC agar sesuai socket. IC4 dan IC5 menggunakan heatsink yang kecil dari aluminium. Heatsink tidak harus mengggunakan insulator namun harus dihjaga agar tidak terhubung ke sasis. Karena arus dari catu daya yang mengalir pada sasis dapat berlaku sebagai sinyal input dan disebut "earth loops" yang dapat mengakibatkan distorsi dan ketidakstabilan pada amplifier. "Earth loops" dapat dihindari dengan cara power supply hanya terhubung di satu titik pada sasis. Perkabelan ke soket input menggunakan "screened cable" dan kabel catu daya benar-benar terpisah jauh dari kabel lain.

Proses perakitan amplifier 10W menggunakan IC TDA2004 sangat sederhana namun menghasilkan kualitas audio yang sangat baik.

Baca juga : Amplifier 10W Menggunakan IC LM1875 

Read More