DASAR RANCANG BANGUN DAYA ( POWER ) AMPLIFIER

First topic message reminder :

dasarnya dulu

P= ExI
p: power dalam watt
E: tegangan dalam volt
I: arus dalam Ampere

Sebuah travo 10A 32V kurang lebihnya adalah 320 watt, semua pasti tahu. tapi itu kan power peak to peak. power efektifnya?
kita kembali lagi kesini;

VP = 1.414 Vrms
Vrms = 0.707 VP

maka, akan jadi begini perhitungannya

32V = VP
Vrms = 32 x 0.707
Vrms = 22.6, jadi
power rms travo diatass adalah 226 watt.

nah lho, pusing kan.
ini baru travo yang kita hitung, belum lain-lainnya.
sedangkan untuk sebuah power utuh masih ada rangkaian yang lain-lainnya.

Yang mana aja, pokoknya menunggu skema atau PSB yang original modif SF.

sekalian, tolong dirancang sekalian agar bias yang bisa diatur (biar fleksibel).

Quote :

Saya juga gak tahu di pasaran kit power ini namanya apa dan di tuliskan berapa watt, tapi berdasarkan perhitungan kita diatas berarti power tersebut mempunyai disipasi daya kurang lebih 160 wat pada 8 ohm, perhatikan pendinginnya untuk menjaga transistor tidak saturasi.

transistor kondisi saturasi akan berakibat apa om kelik

Quote :

hasil perhitungan di atas mengindikasikan hasil yang baik, selisih 0.01%
tapi itu hanya teoritis dan aktualnya dapat berbeda.

kang sue, seberapa buruk dampak zenner pada noise ?
bagaimana cara menanggulanginya ?

transistor kondisi saturasi akan berakibat apa om kelik

mengalirnya arus dc tanpa tercontrol, suara cacat atau yang paling parah speaker mateng.

berdasarkan hasil pengamatan dan percobaan,kebanyakan speaker hangus atau terbakar bukan karena kelebihan power dari ampli, tetapi kekurangan power dan transistor final yang saturasi ( over load ).
logikanya begini, kl power transistor kita kasih beban dan kita pasang scop di terminal speaker maka sinyal yang terbaca idealnya adalah sinusoidal, kalau kita over load atau input kita naikkan maka puncak atas dan bawah bisa terpotong menjadi garis datar, disitulah terjadi arus dc mengalir tak terkontrol. sedangkan speaker belum dirancang untuk dialiri arus DC, jadinya coil speaker panas dan hangus

batas DC yg diijikan berapa om ?

indra_co_maniz wrote:

batas DC yg diijikan berapa om ?

batas DC untuk apa nih mas?
kl untuk speaker di data sheet nya gak pernah di cantumkan, jadi saya juga gak tahu.
kl clippingnya kadang2 sih mungkin masih di toleransi sama coil speaker. kl clipping terus-terusan ya lama-lama kebakar coilnya.

mod Indra wrote:

kang sue, seberapa buruk dampak zenner pada noise ?
bagaimana cara menanggulanginya ?

dari simulator saya ga beda jauh tuh...

ganti tipe zener juga noisenya berbeda.
- BZX7924V/PS; input noise = 116.61 mV/rtHz
- 1N5224V/PS; input noise = 116.57 mV/rtHz
- BZD23-24; input noise = 116.53 mV/rtHz
- CCS; input noise = 115.46 mV/rtHz
- CCS BootStrapped; input noise = 115.44 mV/rtHz
- BZX7924V/PS + 1000uF; input noise = 116.59 mV/rtHz
- BZX7924V/PS + 2200uF; input noise = 116.566 mV/rtHz

CCS biasa :


CCS bootstrapped :

bjO wrote:

sekalian, tolong dirancang sekalian agar bias yang bisa diatur (biar fleksibel).

ganti aja R 47 Ohm pakai trimpot 100R atau 200R.
atur trimpot sampai dapet Iq, mungkin sekitar 50mA /Tr output.

ada orang diyaudio (Christer) yang mengukur noise beberapa Zener :

Zeners:
---------------------------------------------------------
(All zeners of brand Temic.)

BZX55/C2V7 (0.5W 2.7V):
#1 @ 1mA: 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 uV
#1 @ 5mA: 1.0 0.88 0.85 0.86 0.87 uV
#1 @ 20mA: 1.0 0.81 0.72 0.72 1.1 uV
#2 @ 1mA: 1.2 1.1 1.1 1.1 1.1 uV (Vr = 2.03 V)
#2 @ 5mA: 0.91 0.88 0.87 0.86 0.85 uV (Vr = 2.50 V)
#2 @ 20mA: 1.1 0.80 0.77 0.73 0.71 uV (Vr = 3.02 V)

BCX55/C3V9 (0.5W 3.9V):
#1 @ 1mA: 1.7 1.8 1.7 1.6 1.6 uV
#1 @ 5mA: 1.1 1.1 1.1 1.2 1.1 uV
#1 @ 20mA: 0.94 9.76 0.84 0.79 0.77 uV
#2 @ 1mA: 1.6 1.6 1.6 1.5 1.6 uV (Vr = 3.17 V)
#2 @ 5mA: 1.2 1.1 1.1 1.1 1.1 uV (Vr = 3.83 V)
#2 @ 20mA: 0.97 0.78 0.86 0.76 0.77 uV (Vr = 4.45 V)

BZX55/C5V6 (0.5W 5.6V):
#1 @ 1mA: 5.3 5.3 5.3 5.3 5.3 uV
#1 @ 5mA: 2.9 2.9 2.9 2.9 2.9 uV
#1 @ 20mA: 1.7 1.6 1.6 1.6 1.6 uV
#2 @ 1mA: 5.3 5.3 5.3 5.3 5.3 uV (Vr = 5.68 V)
#2 @ 5mA: 2.9 2.9 2.9 2.9 2.9 uV (Vr = 5.77 V)
#2 @ 20mA: 1.8 1.6 1.6 1.6 1.6 uV (Vr = 5.81 V)

BZX55/C6V2 (0.5W 6.2V):
#1 @ 1mA: 9.0 8.9 8.9 8.9 8.9 uV
#1 @ 5mA: 3.7 3.6 3.6 3.6 3.6 uV
#1 @ 20mA: 1.7 1.6 1.6 1.6 1.6 uV
#2 @ 1mA: 9.4 9.4 9.3 9.3 9.3 uV (Vr = 6.31 V)
#2 @ 5mA: 3.7 3.7 3.8 3.7 3.7 uV (Vr = 6.33 V)
#2 @ 20mA: 2.6 1.8 1.8 1.8 1.7 uV (Vr = 6.38 V)


BZX55/C6V8 (0.5W 6.8V):
#1 @ 1mA: 16 16 16 16 16 uV
#1 @ 5mA: 21 21 21 21 21 uV
#1 @ 20mA: 5.8 5.5 5.5 5.5 5.6 uV
#2 @ 1mA: 25 25 25 25 25 uV (Vr = 6.93 V)
#2 @ 5mA: 13 13 13 13 13 uV (Vr = 6.96 V)
#2 @ 20mA: 4.6 4.7 4.5 4.5 4.4 uV (Vr = 7.00 V)
(Rechecked both devices due to their inconsistent
behaviour for 1 and 5mA).

BCX55/C7V5 (0.5W 7.5V):
#1 @ 1mA: 116 116 116 116 119 uV
#1 @ 5mA: 50 50 50 50 50 uV
#1 @ 20mA: 25 24 24 24 24 uV
#2 @ 1mA: 118 117 116 117 116 uV (Vr = 7.58 V)
#2 @ 5mA: 50 50 50 50 50 uV (Vr = 7.62 V)
#2 @ 20mA: 18 18 18 18 18 uV (Vr = 7.72 V)
(The high readings seem to correlate with scope
readings. These devices were possibly of a
different brand.)

8.2V (unknown brand, probably 0.5W):
#1 @ 1mA: 108 109 109 109 109 uV
#1 @ 5mA: 49 49 48 48 48 uV
#1 @ 20mA: 15 15 14 14 14 uV
#2 @ 1mA: 108 107 107 106 106 uV (Vr = 7.93 V)
#2 @ 5mA: 39 39 39 39 39 uV (Vr = 7.97 V)
#2 @ 20mA: 14 13 13 13 13 uV (Vr = 8.10 V)

BZX55/C12 (0.5W 12V):
#1 @ 1mA: 0.35 0.37 0.37 0.39 0.39 uV
#1 @ 5mA: 0.30 0.28 0.28 0.28 0.30 uV
#1 @ 20mA: 0.24 0.25 0.25 0.26 0.25 uV
#2 @ 1mA: 0.32 0.33 0.32 0.33 0.32 uV (Vr = 11.32 V)
#2 @ 5mA: 0.26 0.26 0.27 0.32 0.26 uV (Vr = 11.37 V)
#2 @ 20mA: 0.25 0.26 0.28 0.24 0.30 uV (vr = 11.42 V)

BZX85/C2V7 (1.3W 2.7V):
#1 @ 1mA: 0.77 0.77 0.77 0.77 0.76 uV
#1 @ 5mA: 0.62 0.61 0.63 0.61 0.60 uV
#1 @ 20mA: 0.55 0.55 0.54 0.55 0.55 uV
#2 @ 1mA: 0.78 0.78 0.78 0.78 0.78 uV (Vr = 1.30 V)
#2 @ 5mA: 0.62 0.62 0.61 0.62 0.62 uV (Vr = 1.61 V)
#2 @ 20mA: 0.57 0.56 0.57 0.56 0.56 uV (Vr = 1.92 V)

BZX85/C12 (1.3W 12V):
#1 @ 1mA: 0.49 0.53 0.48 0.50 0.52 uV
#1 @ 5mA: 0.54 0.55 0.58 0.46 0.48 uV
#1 @ 20mA: 0.44 0.35 0.38 0.36 0.33 uV
#2 @ 1mA: 0.42 0.43 0.46 0.48 0.41 uV (Vr = 9.84 V)
#2 @ 5mA: 0.40 0.35 0.35 0.37 0.29 uV (Vr = 9.89 V)
#2 @ 20mA: 0.34 0.33 0.31 0.30 0.31 uV (Vr = 9.94 V)

Some noise measurements for LEDs and zener diodes

CCS selesai atau masih ada tambahan, selanjutnya ke Vas

sori gwen,,, saya juga bingung mau nulis dari mana... soalnya kan dari LTP sampe ending kan nyambung semua...

umumnya Vas punya kontribusi sedikit terhadap figure THD pada freq rendah, karena global feedback masih bisa menangani.
pada freq tinggi, sekarang Miller cap yang mengambil alih (local NFB, dengan kata lain pada freq tinggi Capacitive reactance pada sebuah kapasitor menurun, sehingga men-short-kan gain).

tegangan output dari Vas (Vas adalah transimpedance/transresistance, dan bagian input differensial adalah transconductance) bergantung dari beta/hFE/gain dari Tr yang digunakan.

beberapa jenis konfigurasi Vas :

a. konvensional current source Vas
b. konvensional bootstrapped Vas
c. + emitter follower (meningkatkan local NFB)
d. mode bertingkat (meningkatkan local NFB)
e. buffering Vas Collector
f. buffering dengan resistor.

sumber : Distortion in power amplifiers, Part III: the voltage-amplifier stage

mari kita coba lihat kebutuhan arus tiap bagiannya.

untuk Tr output saya pakai MJ15024/5 (di library tidak ada 2SA1216).

dengan +/-70V, pemakain pada 4 Ohm tidak disarankan (hanya dengan 2 pasang output transistor). jadi mari kita asumsikan beban normalnya adalah 8 Ohm.

output voltage Vo_rms = (Vs - Vce_sat) / 1.414
* Vce_sat lihat datasheet; saya asumsikan 3V.

Vo_rms = (70 - 3V) / 1.414
Vo_rms = 67 / 1.414
Vo_rms = 47 Vrms

pada beban resistive 8 R maka arus output adalah:
47 Vrms / 8R = 5.875 A_rms

karena kita pakai 2 buah Tr output maka tiap Tr output mendapat jatah arus setangahnya saja, yaitu 2.9A, kita bulatkan saja menjadi 3A_rms.



dari grafik Ic - hFE, pada arus collector 3A (suhu junction @ 100°C) kita mendapat hFE sebesar 70x, (50x lebih realistis).
maka arus Base di Tr output adalah 3A/50x = 60mA, karena ada 2 Tr maka kita menambahkan kedua arus Base tersebut, menjadi 120mA.

singkatnya, saya asumsikan hFE Tr driver (TIP31/2C) adalah 50x, maka kita mendapat nilai arus Base untuk Tr Driver adalah 120mA / 50x = 2.4mA

Vas melalui Collector loadnya (R11;R12;C5) harus mampu menangani arus base Tr driver, maka kita perlu membari batas aman 2 - 5 kalinya, katakanlah 10mA.

untuk mendapatkan 10 mA dengan supply 70V, maka nilai R11/R12 adalah :
70V / 10mA = 7kΩ, kita bisa dapatkan melalui R10 = 2k2 dan R11 = 4k7 (6k9).

C5 ditentukan melalui rumus 1 / (2*π*f*R)
dimana π adalah 3.14159
f harus lebih rendah dari HPF input dan atau NFB dalam Farad.
R adalah total resistan R11 dan R12 (6k9) dalam Ohm.
- note : uF dikali kΩ = kHz

dengan C5 sebesar 470uF sudah memenuhi kriteria tersebut di atas (hitung sendiri).

dan arus Collector dari Q1 harus memenuhi kebutuhan arus Base dari Tr Vas.
arus base Tr Vas kita dapat dari arus Collector Tr Vas (10mA) dibagi hFE dari Tr Vas.
katakanlah hFE Tr Vas adalah 50x
maka collector current Q1 harus mampu memenuhi arus Base Tr Vas sebesar :
10mA / 50x = 200 uA (micro Ampere = 0.2 mA)
mari kita pakai batas aman 5x, maka kita mendapatkan arus collector Q1 sebesar 1mA.
yang didapat dari tail Current yang besarnya 2x collector current Q1 yang berasal dari zener; R4 dan R5 (sudah di bahasa sebelumnya).

asumsi hFE dari Q1 (dan Q2) adalah 200x, maka kita mendapatkan arus base Q1 sebesar 5uA.

dan dengan Voltage gain sebesar 148x ( (R8 / (R10+R9)) + 1) maka kita mendapat input sensitivity sebesar Vo / Gv yaitu 47V / 148 = 318 mV_rms untuk output maksimal sebelum clipping.

dari situ kita bisa tahu nilai relativ input impedance ampli tersebut :
318mV / 5uA = 64 kΩ.
input impedance adalah 64kΩ.
dan resistor bias R2 sebaiknya kurang dari ( 2-5x) input impedance, katakanlah 22k (aslinya menggunakan 100k, mungkin karena Ic_Q1 lebih rendah, yaitu 0.532 mA).

total input impedance ampli ini adalah input impedance Q1 parallel R2 ditambah R1 :
Zi = ( Zi_Q1 || R2 ) + R1.

dan total Voltage gain adalah :
R2 / (R1+R2) * Gv
100k / (10k+100k) * 148 = 134.5x.
jadi kita bisa memberi input sebesar 349 mV_rms untuk output maksimal sebelum clipping.

"kalau ada yang salah/melenceng, tolong koreksi"

Modif safari Rev.A1


- Gv = ~47x untuk input sensitivity 1 Vrms ( 0dBV ).
- THD turun dari 0.332% menjadi 0.187% @ 1kHz, 175Wrms.
- Slew Rate naik dari sebelumnya sekitar (kurang dari) 1V/us menjadi 5V/us.
- VR1 100Ω; 30% putaran, memberi Iq 50mA/ Tr output (aktualnya sangat mungkin berbeda, kalau mau dicoba pun, D2-D3 sebaiknya ditempatkan pada heatsink Tr output dan driver, sehingga mempunyai koefisien panas yang sama).

* note : C1 telah diganti ke 1uF.

angka 10 ohm dibasis sanken safari didapat dari mana kang sue ?

ga tau... mas...
besok deh cari referensi...
dah dua jam nih... sign out dulu...

oke kang sue, thx

semakin kecil arus basis semakin besar arus emittor..... Benar tidak bang ?

@ sue saya kurang suka TIP saya mau ganti driver dengan MJE15033/15032 atau A940/C2073
dan Vas saya mau ganti dengan C2229
gimana dengan niali R di atas ? kira kira seperti itu pertanyaan rekan SF
dan untuk skema diatas sepertinya R14/15 dicopot saja atau dikecilkan nilainya

Quote :

arus Collector Tr Vas (10mA)

sepertinya sia sia menggunakan Tr besar seperti model TIP di posisi ini.

Quote :

"kalau ada yang salah/melenceng, tolong koreksi"
Ampun

lanjutkan

Quote :

sepertinya sia sia menggunakan Tr besar seperti model TIP di posisi ini.

malah ada yg pasang 5200 kang mubazar...