Cara Merancang Amplifier

[bimo_tok]

kang bimo nyoba filenya buat belajar spice.

Silakan.

Hati-hati dengan model2 transistor bikinan pabriknya. Umumnya pabrik2 semiconductor tersebut minta perusahaan lain untuk membuat model2nya dan tidak terlalu akurat. Model2 transistor buatan Bob Cordell cukup akurat karena disesuaikan dengan datasheet-nya. Pada buku Bob Cordell juga dijelaskan cara bikin model2 tersebut, namun belum saya pelajari secara men-detail.
Untuk Early Voltage umumnya dipakai nilai 100, padahal tiap2 transistor BJT memiliki Early Voltage yang berbeda2 tapi tidak tercantum pada datasheet-nya. Early Voltage bisa dicari dengan curve tracer.

Saya prihatin dengan blog2 lokal yang membahas modifikasi amplifier tanpa dasar alasan teknis. Umumnya mereka memodifikasi dengan cara coba2 berdasarkan telinga saja. Kalau speaker yang dipakai sangat bagus dengan harga puluhan juta sampai ratusan juta masih bisa ditoleransi, bagaimana kalau TOA yang dipakai?

Bahkan disain lokal KIT amplifier sering ngawur/asal2an dalam mencantumkan besar dayanya.

Untunglah yang diotak-atik hanya amplifier. Bagaimana kalau ingin mengoperasi manusia hanya berdasarkan coba2? (Sambil mikirin awal2 perkembangan ilmu kedokteran, berapa orang yang sudah jadi korban ya?).

Kalau sudah hobi dalam bidang elektronik, hukumnya "sunnah" dalam mempelajari teori elektronika. Kalau ingin terjun secara profesional dalam bidang elektronik, hukumnya "wajib" dalam mempelajari teori elektronika. Biar tidak disebut "dukun elektronik". :-D

[cafemanado]

Akhirnya berhasil juga dengan cara yang diajarkan bang Bimo...
Nambah pertanyaan lagi bang soal simulasi.
V pada bias driver kok jadi selisih sekitar 100-200mV jika pada out saya tambahkan R 8ohm sebagai SPK.
jika R ini di lepas voltasi kembali simetris, apakah ini wajar saja?

N-Period=1
Fourier components of V(vin)
DC component:-1.12209e-008

Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 2.000e+04 1.800e+00 1.000e+00 0.00° 0.00°
2 4.000e+04 2.097e-08 1.165e-08 106.44° 106.44°
3 6.000e+04 3.140e-08 1.744e-08 139.29° 139.29°
4 8.000e+04 1.476e-08 8.203e-09 -84.29° -84.29°
5 1.000e+05 2.321e-08 1.289e-08 -50.45° -50.45°
6 1.200e+05 5.609e-09 3.116e-09 97.14° 97.14°
7 1.400e+05 9.661e-09 5.367e-09 -144.83° -144.83°
8 1.600e+05 4.367e-09 2.426e-09 -44.87° -44.87°
9 1.800e+05 1.419e-08 7.883e-09 175.01° 175.01°
Total Harmonic Distortion: 0.000003%

N-Period=1
Fourier components of V(vout)
DC component:0.209414

Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 2.000e+04 5.733e+01 1.000e+00 -27.16° 0.00°
2 4.000e+04 1.532e-01 2.671e-03 -17.93° 9.24°
3 6.000e+04 5.780e-01 1.008e-02 145.55° 172.71°
4 8.000e+04 5.028e-02 8.771e-04 -98.71° -71.55°
5 1.000e+05 2.289e-01 3.993e-03 79.12° 106.28°
6 1.200e+05 2.186e-02 3.812e-04 80.97° 108.14°
7 1.400e+05 7.246e-02 1.264e-03 -31.45° -4.28°
8 1.600e+05 3.911e-03 6.821e-05 -82.16° -55.00°
9 1.800e+05 3.273e-02 5.709e-04 29.99° 57.15°
Total Harmonic Distortion: 1.129459%


N-Period=1
Fourier components of V(vin)
DC component:-1.12209e-008

Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 2.000e+04 1.800e+00 1.000e+00 0.00° 0.00°
2 4.000e+04 2.097e-08 1.165e-08 106.44° 106.44°
3 6.000e+04 3.140e-08 1.744e-08 139.29° 139.29°
4 8.000e+04 1.476e-08 8.203e-09 -84.29° -84.29°
Total Harmonic Distortion: 0.000002%

N-Period=1
Fourier components of V(vout)
DC component:0.209414

Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 2.000e+04 5.733e+01 1.000e+00 -27.16° 0.00°
2 4.000e+04 1.532e-01 2.671e-03 -17.93° 9.24°
3 6.000e+04 5.780e-01 1.008e-02 145.55° 172.71°
4 8.000e+04 5.028e-02 8.771e-04 -98.71° -71.55°
Total Harmonic Distortion: 1.046654%

Diatas pada error.log, 20KHz
Ada 4 bagian, 2 vin dan 2 vout... tolong diberi pencerahan bang, THD dilihat pada vout yang atas atau vout yg bawah?

THD 1% itu tinggi yah?

TY, Ferdinand

[bimo_tok]

Akhirnya berhasil juga dengan cara yang diajarkan bang Bimo...
Nambah pertanyaan lagi bang soal simulasi.
V pada bias driver kok jadi selisih sekitar 100-200mV jika pada out saya tambahkan R 8ohm sebagai SPK.
jika R ini di lepas voltasi kembali simetris, apakah ini wajar saja?


Diatas pada error.log, 20KHz
Ada 4 bagian, 2 vin dan 2 vout... tolong diberi pencerahan bang, THD dilihat pada vout yang atas atau vout yg bawah?

THD 1% itu tinggi yah?

TY, Ferdinand

Saya tidak tahu schematicnya jadi tidak tahu wajar atau tidak.

VIN itu sinyal input, seharusnya THD nya kecil sekali hampir nol.
VOUT itu sinyal output.
Ada dua bagian yaitu yang harmonicnya ada 10 dan satu lagi 4. Terserah kita mau pakai yang mana, namun pada pengukuran THD 20kHz karena keterbatasan bandwidth alat ukur biasanya yang dipakai yang 4 harmonik (bandwidth sampai 80kHz).

Yang no. 1 itu frekuensi dasarnya. No 2 cacat harmonik ke-2. No 3 cacat harmonik ke-3 dan seterusnya.
Cara baca:
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 2.000e+04 5.733e+01 1.000e+00 -27.16° 0.00°
2 4.000e+04 1.532e-01 2.671e-03 -17.93° 9.24°

2.000e+04 = 20kHz frekuensi dasarnya
5.733e+01 = tegangan puncak frekuensi dasarnya
1.000e+00 = tegangan normalisasi yaitu 5.733e+01/5.733e+01
-27.16° = fase frekuensi dasarnya
0.00° = fase normalisasi -27.16° - (-27.16°)

4.000e+04 = 40kHz, frekuensi harmonik ke-2
1.532e-01 = tegangan puncak frekuensi harmonik ke-2
2.671e-03 = tegangan normalisasi terhadap tegangan puncak frekuensi dasarnya yaitu 1.532e-01/5.733e+01
-17.93° = fase frekuensi harmonik ke-2
9.24° = fase normalisasi terhadap fase frekuensi dasarnya yaitu -17.93° - (-27.16°)

Kalau tegangan outputnya belum kliping (terpotong tegangan catu dayanyanya), THD 1% cukup tinggi. Usahakan pada tegangan ouput sekitar 2/3 tegangan catu dayanya THD nya maksimal 0.1%. Ini cukup baik buat amplifier PA. Untuk home amplifier usahakan THD nya 0.05%. Semakin bagus kualitas speakernya cacat harmonik semakin mudah dideteksi.
Dengan berkembangnya disain amplifier dan berkembangnya tehnologi pembuatan komponen elektronik, THD 0.05% tidak terlalu sulit untuk dicapai.

[cafemanado]

Terima kasih banyak bimbingan simulasinya bang Bimo, akhirnya saya bisa memperkecil THD pada rancangan coba-coba OCL simetris saya...

Diferential 2N5551/2N5401 (zener regulator)
BD139/BD140 (dioda bias)
Drive 2SC2344/2SA1011
Final 4x MJ15003/MJ15004
65+-VDC
DCO 3mV
Gain 33x (33k/1k)
Total Harmonic Distortion: 0.103983%
Vout = 55V

N-Period=1
Fourier components of V(vin)
DC component:-1.30098e-009

Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 2.000e+04 1.800e+00 1.000e+00 -0.00° 0.00°
2 4.000e+04 2.444e-09 1.358e-09 -31.93° -31.93°
3 6.000e+04 1.108e-08 6.157e-09 -12.29° -12.29°
4 8.000e+04 2.021e-09 1.123e-09 31.93° 31.93°
Total Harmonic Distortion: 0.000001%

N-Period=1
Fourier components of V(vout)
DC component:0.0317892

Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 2.000e+04 5.250e+01 1.000e+00 -26.04° 0.00°
2 4.000e+04 1.981e-02 3.773e-04 3.97° 30.01°
3 6.000e+04 5.037e-02 9.593e-04 -117.32° -91.29°
4 8.000e+04 7.173e-03 1.366e-04 54.16° 80.20°
Total Harmonic Distortion: 0.103983%

Saya belum ngerti cara lihat diagram FFT-nya ...

Sekali lagi makasih Bang...

[bimo_tok]

Terima kasih banyak bimbingan simulasinya bang Bimo, akhirnya saya bisa memperkecil THD pada rancangan coba-coba OCL simetris saya...

Diferential 2N5551/2N5401 (zener regulator)
BD139/BD140 (dioda bias)
Drive 2SC2344/2SA1011
Final 4x MJ15003/MJ15004
65+-VDC
DCO 3mV
Gain 33x (33k/1k)
Total Harmonic Distortion: 0.103983%
Vout = 55V



Saya belum ngerti cara lihat diagram FFT-nya ...

Sekali lagi makasih Bang...

:bd

FFT itu grafik dari THD-nya tapi dalam dB. Kadang2 kita ingin melihat pola besarnya cacat harmonic, kalau melihat angka2nya susah bayanginnya.

[bimo_tok]

Beberapa perancang ada yang membatasi rancangannya karena:
1. Total Harmonic Distortion (THD) jika di bawah 0,1% tidak dapat dideteksi oleh telinga manusia.
Ini masih dalam perdebatan. Beberapa percobaan melaporkan bahwa THD 0,01% masih bisa dideteksi oleh telinga manusia. Dulu sewaktu tehnologi speaker belum maju seperti sekarang, THD 1% dianggap cukup.
2. Baxandall melakukan penelitian pada musik-musik rekaman dan menemukan slew rate rekaman2 tersebut tidak melebih 0,5V peak/uS. Lalu John Crul juga melakukan penelitian dan menyimpulkan angka yang lebih besar dari 0,5V peak /uS. Pada rekaman digital sekarang ini dimungkinan slew rate sebesar 1V peak /uS. Sekarang ini masih menjadi perdebatan di forum luar apakah slew rate yang diperlukan hanya dipengaruhi oleh kebutuhan slew rate inputnya saja atau slew rate juga menyebabkan cacat yang lain. Banyak perancang yang percaya bahwa makin tinggi slew rate makin kecil cacat intermodulasinya.

Jika dengan harga produksi yang sama kita bisa merancang amplifier dengan THD kurang dari 0,01% dan slew rate melebihi 1V peak /uS, kenapa tidak? Dengan membatasi target spesifikasi tidak akan ditemukan kemajuan dalam perancangan sebuah amplifier.

Sekarang ini pengukuran spesifikasi audio dengan sebuah frekuensi tunggal hampir kehilangan makna untuk menggambarkan kualitas suara sistem audio karena batas-batas spesifikasi sebelumnya berhasil dilampaui. Penggunaan pengukuran dengan banyak frekuensi (misalnya pengukuran cacat intermodulasi) lebih memiliki arti dalam menggambarkan kualitas suara yang sesungguhnya.

Namun sangat disayangkan perancang amplifier lokal dan yang memodifikasinya kurang memahami spesifikasi pengukuran dalam dunia audio. Umumnya mereka hanya mengandalkan telinga sebagai alat ukur. Sebagus apapun telinga kamu jika memakai TOA akan sangat sulit membedakan kualitas suara amplifier yang harganya jutaan dengan yang harganya puluhan juta. Dengan alat ukur akan mudah sekali dibedakannya.

Jika kita tidak memiliki alat ukur yang memadai, usahakan kita memakai speaker yang cukup bagus sebagai referensi. Sayangnya hampir semua speaker untuk PA tidak bisa dipakai sebagai referensi karena cacatnya yang cukup tinggi. Untuk membandingkan kualitas amplifier memang sebaiknya memakai speaker untuk home atau studio.

Harga speaker untuk home dan studio sangat mahal dan sering kali "over price" (harganya berkali-kali lipat daripada harga produksi). Yang kualitas tertingginya bisa mencapai ratusan juta sepasangnya. Kebanyakan dari kita pasti sulit untuk menjangkaunya. Tapi kita masih bisa mensimulasikan rancangan kita dan memprediksi spesifikasinya.

Secara umum, amplifier yang memiliki spesifikasi yang baik akan bersuara makin baik pada speaker yang kualitasnya tinggi. Sedangkan amplifier yang memiliki spesifikasi yang kurang baik, suaranya akan sama saja walaupun menggunakan speaker yang kualitasnya tinggi.

[zia]

Saya rasa memang tidak ada perancang high power PA diskret di lokal kita. Yang paling sering saya temui adalah orang2 kayak saya yang otodidak elektronika. Jadi ilmunya ya ilmu jalanan, bukannya yang well educated.
Boro2 mengerti tentang THD, Slew Rate, lah wong memperkirakan daya output PA saja masih "otak atik gatuk" kok
Masalahnya, yang memang terdidik dengan baik pada kabur ke luar negeri. Mungkin fasilitasnya lebih mendukung, mulai dari alat ukur, speaker, ruangan akustik dll
Jadi saya salut dengan mas bimo atau mas matrix yang telah mulai untuk men-desain PA. Makin banyak kontroversi (selama teknis) makin bagus, agar kita mendapat banyak pencerahan.

[imronhabibi]

ikut nyimak, dan belajar lebih jauh

[bimo_tok]

Saya rasa memang tidak ada perancang high power PA diskret di lokal kita. Yang paling sering saya temui adalah orang2 kayak saya yang otodidak elektronika. Jadi ilmunya ya ilmu jalanan, bukannya yang well educated.
Boro2 mengerti tentang THD, Slew Rate, lah wong memperkirakan daya output PA saja masih "otak atik gatuk" kok
Masalahnya, yang memang terdidik dengan baik pada kabur ke luar negeri. Mungkin fasilitasnya lebih mendukung, mulai dari alat ukur, speaker, ruangan akustik dll
Jadi saya salut dengan mas bimo atau mas matrix yang telah mulai untuk men-desain PA. Makin banyak kontroversi (selama teknis) makin bagus, agar kita mendapat banyak pencerahan.

Ilmu jalanan atau bukan, tetap saja ilmu. Selama masih bisa dipelajari, bisa dipelajari darimana saja dan dari siapa saja. Dosen saya yg ngajari kuliah elektronika dasar dan elektronika lanjut, saya yakin dia tidak bisa merancang audio amplifier saat itu. Ngga tahu sekarang suda bisa atau ngga, hahaha....
Orang-orang Indonesia banyak yg ahli dalam merakit produk elektronik. Contohnya kang Nafiri yg keahliannya diakui di forum luar. Saya sendiri jauh dibandingkan kang Nafiri dalam rakit merakit, ingin belajar soal ini.
Namun kualitas hasil akhir tidak hanya ditentukan oleh keahlian merakit saja, tapi juga ditentukan oleh disain rangkaian, disain tata letak komponen dan pcb, dan pemilihan komponen yg tepat.
Di thread ini saya mengajak lainnya ikut sharing dalam belajar cara merancang amplifier, minimal bisa menilai secara garis besar disain amplifier.

[bimo_tok]

Saya merancang amplifier untuk PA (hanya simulasi). Artikelnya bisa dilihat di blog saya dengan judul "Blameless Amplifier 270 Watt Untuk Public Address (PA)".
Silakan rancangan tersebut dibahas di sini. Cari kelemahan dan kelebihannya. Modif rangkaiannya untuk mendapatkan hasil yang terbaik.
Yang berniat membuatnya silakan. Asal jangan dikomersialkan jika rancangannya sama persis. Kalau sudah dimodif boleh dikomersialkan.