Cara Merancang Amplifier

[gantex]

Amplifier diatas dirancang untuk beban 4 Ohm kontinyu. Kalau mau beban 2 Ohm kontinyu sebaiknya transistor final ditambah sepasang lagi jadi 3 pasang. Namun THD nya akan naik secara signifikan. Kalau ingin THD nya cukup rendah pada beban 2 Ohm, output stage perlu diganti semacam triple emitter follower.
Bisa juga ditambah VI limiter sebagai proteksi transistor final terhadap beban yang terlalu rendah atau hubungsingkat, namun konsekuensinya akan menaikkan THD.

Ini tegangan output, waktu powersupply dihidupkan:

Tegangan output naik menjadi 22V, lalu turun lagi mendekati nol. Jadi perlu tundaan untuk menghubungkan speaker ke output amplifier (memakai relay mekanik atau solid state). Waktu tundaan, minimal 1 detik.

Jika bootstrap resistor diganti sumber arus, maka tegangan output saat power supply pertama kali dihidupkan bisa jauh lebih kecil. Tapi tetap diperlukan rangkaian tundaan. Ini contoh tegangan outputnya:

wah.. jd inget gimana caranya biar bisa beban 2 ohm. :-) dan sekarang malah jrang maen 8 ohm seringnya malah 2 ohm, tergantung kebutuhan.

wah.. kalo arus kejut ke sp segede itu kasian sp nya kang, makanya harus pake rangkaian delay sebelum kontak ke sp.

kang @tomydigital tak kenal maka tak dianggap. silahkan akang baca peraturan forum lebih teliti. masuk ke perkenalan dulu ya kang, biar maknyozz :-)

[bimo_tok]

Schematic:
   
(Belum bisa publish nilai komponennya, maaf ya...)

PCB:
   

Disain ini belum final.
Hasil simulasi tanpa D7 (baker clamp):
Phase Margin = 68, Gain Margin = 17
THD = 67W/8Ohm, 1kHz -> 0.000073%
THD = 67W/8Ohm, 20kHz -> 0.000419%
THD = 134W/4Ohm, 1kHz -> 0.000173%
THD = 134W/4Ohm, 20kHz -> 0.000836%
THD = 182W/2Ohm, 1kHz -> 0.000548%
THD = 182W/2Ohm, 20kHz-> 0.001661%
Daya Max. 240W/2Ohm
Slew Rate = 90V/uS

Terlihat bahwa cacat pada beban 2 Ohm relatif tetap kecil. Ini dicapai dengan transistor driver yang memiliki hFE tinggi.
Slew rate nya juga relatif sangat tinggi dibandingkan dengan amplifier lainnya yang memiliki topologi yang sama.

[bimo_tok]

   
Power supply dan speaker protectornya.
   
Layoutnya.

Tapi belum final...

[bimo_tok]

Amplifier untuk TOA.

Menurut informasi dari teman saya, spesifikasi speaker TOA antara lain:
- 330 Ohm, 25 Watt
- 1K Ohm, 10 Watt
dll yang umumnya berimpedansi tinggi sehingga perlu trafo khusus agar amplifier yang umumnya untuk 8 Ohm atau 4 Ohm bisa optimal.

Namun bisa juga dibuat amplifier yang dapat men-drive speaker TOA secara langsung. Untuk yang 330 Ohm 25 Watt, maka tegangan puncak yang dibutuhkan adalah 129V, jadi tegangan power supply yang diperlukan sekitar +-135V DC. Sedangkan untuk 1K ohm 10 Watt, tegangan puncak yang dibutuhkan adalah 141V, jadi tegangan power supply yang dibutuhkan sekitar +-145V DC.

Tentu saja, tegangan setinggi itu sulit diimplementasikan. Maka solusinya adalah dengan bridge amplifier. Tegangan power supply yang dibutuhkan setengahnya.

Saya simulasikan amplifier sederhana dengan power supply +-63V dan +-77V dengan beban maksimal 40 Ohm. THD kurang dari 0,02%. Slew rate 28V/uS. Daya maksimal adalah 45 Watt pada 40 Ohm (+-63V) dan 56 Watt pada 40 Ohm (+-77V). Dengan bridge, impedansi maksimal adalah 80 Ohm.

   

[zia]

sangat menarik mas, design PA untuk TOA. Memang cukup menantang untuk men-drive impedansi tinggi (330-1k ohm). Semakin banyak ide, semakin baik...

[Imhdin]

Mantab pak bimo, btw bottom layout PSU+PROTECTOR belum tampil :-D

[zia]

mas @bimo_tok , bagaimana kalau PSU memakai tegangan DC 310V (single), Output memakai DC blocking Elco, final tr memakai irf540 mode quasi. Jadi tidak perlu bridge mode.
Mungkin bisa lebih simple ya...

[agungudik]

pak @bimo_tok, ada beberapa pertanyaan :
1. Berapakah impedansi minimal yang diijinkan ?
Mengingat, biasanya dalam satu ruangan masjid biasanya terpasang 6 - 10 speaker column TOA yang apabila diparalel, maka impedansinya akan turun.
2. Daya maksimal adalah 45 watt. Kalau horn/corong yang dipake sejumlah 4 buah, berarti butuh 100 watt. Apakah dengan cara mem-paralel TR final dapat menjawab hal tsb ?
3. Based on pengalaman dalam memasang TOA, horn yg terpasang biasanya spull-nya mudah putus. Apakah ada mekanisme untuk pengamanan tsb ?

Terima kasih banyak pak Bimo, ini sangat membantu kami.

[bimo_tok]

bagaimana kalau PSU memakai tegangan DC 310V (single), Output memakai DC blocking Elco, final tr memakai irf540 mode quasi. Jadi tidak perlu bridge mode.
Mungkin bisa lebih simple ya...

Kalau tegangan 310V single sulit buat cari transistor VAS yang rating VCE nya > 310 karena kolektor transistor VAS akan "mengayun" hampir dari 0 sampai 310V. Mungkin 140-200V cukup karena ada transistor VAS yang rating VCE nya 300V. Nanti saya pikirkan amplifiernya seperti apa. Terimakasih masukkannya.

ada beberapa pertanyaan :
1. Berapakah impedansi minimal yang diijinkan ?
Mengingat, biasanya dalam satu ruangan masjid biasanya terpasang 6 - 10 speaker column TOA yang apabila diparalel, maka impedansinya akan turun.
2. Daya maksimal adalah 45 watt. Kalau horn/corong yang dipake sejumlah 4 buah, berarti butuh 100 watt. Apakah dengan cara mem-paralel TR final dapat menjawab hal tsb ?
3. Based on pengalaman dalam memasang TOA, horn yg terpasang biasanya spull-nya mudah putus. Apakah ada mekanisme untuk pengamanan tsb ?

Terima kasih banyak pak Bimo, ini sangat membantu kami.

Yang saya simulasikan impedansi minimumnya 40 Ohm tanpa di bridge. Dengan di bridge, impedansi maksimumnya 80 Ohm, dayanya akan naik hampir 4x nya. Misalnya yang +-63V, kalau di bridge tegangan peak yang dihasilkan maksimal sekitar 120V. Jadi pada impedansi 80 Ohm daya maksimalnya adalah 90 Watt. Sedangkan yg +-77V, tegangan peak yang dihasilnya maksimal sekitar 134V. Jadi daya maksimal pada impedansi 80 Ohm adalah 112 Watt.

Tunggu saya simulasikan usulan kang Zia. Nanti bisa dibandingkan.
Atau modif OCL150 mengikuti prinsip yang saya simulasikan di atas agar bisa bekerja pada tegangan +-63V atau +-77V, lalu di bridge.

Untuk spul yang mudah putus, mungkin setiap speaker bisa dipasang fuse/sekering (diseri). Fuse ini akan sedikit meningkatkan cacat amplifier tapi tidak penting buat speaker TOA yang cacatnya sangat tinggi.
Misalnya speaker 330 Ohm 25 watt diberi fuse 200mA.

[bimo_tok]

Sulit nyari transistor buat VAS yang tegangan VCE maksimalnya lebih besar dari 300V.

Kalau pakai single supply rating tegangan kapasitor output harus cukup tinggi, misalkan pakai tegangan 270V DC, maka rating tegangan kapasitor output setidaknya 150V, atau 100V diseri. 2200uF/100V diseri? Berapa harganya?

Saya sudah coba topologi "Blameless" (istilah Douglas Self) yang sederhana pada tegangan supply +-135V, cacatnya cukup tinggi jika tegangan outputnya mendekati clipping, sekitar 125V peak. Mungkin harus agak kompleks dengan current mirror pada LTP dan enhanced beta VAS (lagi2 minjam istilah Douglas Self).

Iseng2 saya coba current feedback amplifier (seperti VSSA) dengan output double emitter follower. Topologi sederhana ini bisa menghasilkan cacat yang cukup rendah pada tegangan output yang tinggi. Sekitar 10x lebih rendah daripada topologi "Blameless" dengan kompleksitas (jumlah transistor) yang hampir sama. Cacat frekuensi tinggi juga masih tetap kecil. Sangat menarik....