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 |
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.
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.
0 $type={blogger}:
Post a Comment