Simulasi Amplifier dengan LTSpice

[gantex]

Topik atau Thread ini saya dedikasikan untuk member yang ingin belajar simulasi Amplifier dengan LTSpice, yang dimana ini adalah topik yang ada sangkut pautnya dengan perancangan amplifier yang thread maupun topik tersebut dibuat oleh kang @bimo_tok ,agar pembelajaran lebih mudah terutama dalam simulasi dengan LTSpice saya pisahkan sendiri.

berikut sekilas pembelajaran LTSpice yg diambil dari cara merancang amplifier :

:bd "GTX HIPO Super Pair 2000Watt"
Pantesan gk sabaran kepengen tw hasilnya...agagak...:-d

---

:-) betul kang, perdana mentri kang, hhhi.., soalnya baru ini yg sepertinya nyangkol dihati dan sreg dihati kang, yah maklum kalo mo cepet jadi, apalagi hasil karya sendiri :-) .. akang kapan ?

ini spesifikasi GTX HIPO :

PM -> 89 GM -> 10
3000 - 3525W RMS/2Ohm 20kHz -> 0.005862% - 0.007891%
3000 - 3566W RMS/2Ohm 1kHz -> 0.040192%

1776W RMS/4Ohm 20kHz -> 0.003139%
1786W RMS/4Ohm 1kHz -> 0.002760%

Frek Response 13Hz - 92Khz
Bandwidth 422Khz

ini versi 1.0 GTX HIPO :-D

---

Kapan apanya, Kang...? Kayaknya bukan domain saya merancang, ora mudeng...mumet...
belajar modif ajah...hehe...tu jg coba2...untung gk sama anak, hehe..:-d

ini filenya, please dech maksimalin...

belajar kan ndak ada salahnya kang :-) ,akang dapet file darimana ? kalau sekilas saya liat, amp tersebut tidak stabil kang, PM dan GM nya melenceng jauh.

PM : 50
GM : 8

THD 308W 4Ohm 10Khz -> 0.058252% (THD masih terlalu besar)

Bikin skema dari kit safari, Kang...
Mumet saya, melototin kit bolak balik bolak balik kit safri 400W, hee...:-d skhirnya jd jg skemanya terus bikin d LTS coba2 nyalin setting Pak Bimo utk liat THD d page sblumnya.
Sya coba2 ganti2 Rnya...running simulasinya...gk tw sma skali...apa itu garis2 macam gradasi...ehehe...:-d. Parah...gk ad dasar elektro, ora mudeng...:xx
Sepertinya saya suka running simulat nya, tp males...klo sengaja blajar utk menguasai part/komponen, pengukuran, dll. :-)

Optimalin dong Kang, sya punya PCB utk skema itu biar dcoba...:-)

---

He.. apa itu skema aslinya kang ? apa ada yg dirubah sebelumnya ?

Gak asli lg Kang...
Pda saya rubah smua nilainya...
Dari setting yg ad itu, aslinya memiliki THD ultra tinggi, saya ganti2 nilai R, C, dan Tr dpet seitu...eiit...gk stabil...:-d

Untuk meliat GM dan PM stabil ato gsk, serta Watt keluaran dmana? Hee...

ealah, tak kirain masih aslinya kang, hhhe..

ini saya upload penambahan untuk melihat PM dan GM serta Wattnya kang,saya gunakan itu biar mudah akang bacanya, kalo ada yg kurang paham, bisa ditanyakan :bd

:bd saya pelajari dulu, makasee Kang...:-)

monggo kang @fiqiew :bd .. sama - sama kang :-)

"Unknown parameter "u"".....? Hehe...
munkin dia baca "micro" kali ya...
sebenarnya apa itu Kang....? Yg namanya belajar melompat2 yaah begini....:-)

he.. itu karena digunakan untuk run ac analysis kang, untuk melihat PM dan GM. coba akang run ac analysis ,kemudian pada DC operating point dibagian bawah, cari ;.step param prb list -1 1 . kemudian hapus atau comment out ; sehingga menjadi .step param prb list -1 1 .

Bener hasilnya begini, Kang...:-)


Error on line 1897 : .set prb=0
Unknown control card
Direct Newton iteration for .op point succeeded.
.step prb=-1
Note: .fourier statements are only valid with a .tran command.
No Fourier analysis performed.

Note: .fourier statements are only valid with a .tran command.

No Fourier analysis performed.

.step prb=1


Measurement: pwrout
step RMS(v(vout)*i(rl)) FROM TO
1 0.0169876 1 1e+009
2 0.431463 1 1e+009

untuk mengetahui power hanya pada simulasi transient kang, makanya ada pesan error itu :-)

sekarang coba klik pada vout atau output, nanti hasilnya akan ada 2 bentuk gelombang warna biru dan hijau, setelah itu klik kanan pada tulisan V(out) tulisan hijau pada atas tengah ,kemudian masukkan atau ganti perintah V(vout) dengan -1/(1-1/(2*(I(Vi)@1*V(x)@2-V(x)@1*I(Vi)@2)+V(x)@1+I(Vi)@2)) ,ini untuk melihat PM dan GM.

Invalid @step request
This data set does not contain steps.


Begitu Kang...

ealah.. he.. apa yg ;ac dec 1k 1 1g sudah di jadikan .ac dec 1k 1 1g ,terus yg ;.step param prb list -1 1 -> .step param prb list -1 1

Running...hehe...
Stelah dmasukan prsamaannya, terus dklik kiti persamaan
Freq 31.361104KHz
Mag 39.372953db
Group Delay 1.6062839us

Bingung....:-d

---

:-D nah.. kalo sudah masukkan -1/(1-1/(2*(I(Vi)@1*V(x)@2-V(x)@1*I(Vi)@2)+V(x)@1+I(Vi)@2)) kan nanti ada grafik tersebut, nah, kursor 1 paskan di 0db, kemudian klik lagi biar kursor 2 muncul, lihat pada tabel cursor 2 yg menunjuk phase, paskan cursor 2 agar didapat 180 derajat.

hasil dari PM dan GM ada pada kolom 3 (ratio cursor2/cursor1) PM 51 GM 8 :-)

Apa begini, Kang....:-)

:bd betul kang :-D

Ahaha...lama banget saya ncari itu, Kang...
dimana...cursor 1.... 2....akhirnya...:-d kok susah ya untuk pas-pasin cursor biar pas banget di "0" db, ato di 180`.
O iya Kang....stabil itu musti gimana....seimbang apa?:-)
Eeee...apa ini ada batasan nilai....misal, musti diatas 75 ato berapa, gitu. :-)

---

hhe... sebenarnya kalau lebih ribet sih bisa kang, cuma saya ambil mudahnya saja, selama grafik antara cursor 1 dan 2 menurun, bukan naik, masih dianggap stabil kang, misal, minimal untuk PM +/-85 GM +/-10 - 12, itu minimal kang, maksimalnya jangan terlalu besar juga :-)

Untuk menaik turun PM ato GM ini biasa bagian mana yg dominan dutak atik, Kang...

Dari belajar simulasi ini saya tambah tahu, betapa berperan pentingnya terhadap THD kapasitor yg dparalel pda 2 kaki Tr. Wlaupun nilainya hanya bbrapa pico. Karena saya sering menggap remeh kapastor ini. Terus...secara umum nilai/value komponen dalam rancangan digeser menurun ato naik jg sangat signifikan terhadap THD. Pantesan Akang biasa bilang, "harus cari yg pas nilainya..." :-)

sebenarnya relatif juga kang, semua komponen berpengaruh, coba akang utak - atik di c nya, pasti berubah :-)

:-D yah memang sangat berpengaruh kang, istilah sederhananya kan ini untuk bypassing, jadi meleset atau salah dan tidak tepat nilainya, maka hasilnya tidak akan sesuai, itulah enaknya kalau ada LTSpice ini :-)

Saya coba nyontek skema dari ampli2 saya yg sudah pada kusam kusut kena pakai, ternyata....PM GM gk mencapai itu, terus...THDnya tinggi tinggi....ehehe :-d....LTs LTs.....:-)

Padahal di LTs lengkap Kang yah untuk sampel simulasi, tp ketidak-cukupan pemahaman ini yg bikin susah, gk ada niat jg untuk bisa LTs ini, persamaan untuk dapetin PM GM saja bingung mbacanya...."x" itu apa, "@" itu apa...dimana2 ngambilnya...yg super simpel saja nah, daya keluaran RMS...persamaannya ra iso baca...:-d :-d :-d apalgi mo yg lain...jd, sekedar tahu, tahu2 dikit cukup lah....:-) buat nemeni Akang patrol malam2 biar gk ngantuk :-) karena sering ditanyai...:-)

Akang @gantex makasee ilmunya...
Lanjuuuuut...:-d

:-) ok kang, sama - sama , iya nih kang :-D ini saja masih ngantuk .. hhha... ok, lanjut kang..

wudihhh...., sudah pada canggih2 simulasinya....
kapan yang lain menyusul?

kalau belum bisa merancang sendiri, setidak2nya bisa mensimulasikan rangkaian yang akan kita buat biar ada gambaran awal...

lanjut

Hee kang, sebelum kang @fiqiew mainan Aksa, saya sudah ada tuh LTSpice, tapi hanya untuk pengukuran ringan seperti melihat gambar gelombang nya pada saat buat preamp sederhana, PSU sederhana

[fiqiew]

untuk melengkapi...
sebagai bahan awal saja, tinggal setting untuk run simulasi :

[gantex]

untuk model potensiometernya silahkan disertakan filenya kang :-)

monggo untuk yg lainnya :-D

[gantex]

Berikut ini pembahasan antara kang @cafemanado dengan kang @bimo_tok

Bang Bimo, pengukuran frekuensi audio misalnya pada 10KHz, bagaimana caranya kita mendapat hasil maksimal pada tegangan output sebelum kliping...

Di LTspice misalnya:
INPUT = SINE(0 {A} 10k)
.tran 4m
.step param A .1 1.6 .2

Saya biasanya demikian, ada rekomendasi step param yang lebih baik gak?
1.6 itu input 1.6mv yah?
Kira2 pada SS outdoor sebaiknya diberikan input berapa mv?

'Ferdinand

Tegangan sebelum klipping adalah tegangannya kurang "dikit" dari tegangan klipping. Umumnya ada 2 panduan yaitu tegangan dinaikkan sampai THD nya 0,1% (ini buat amplifier dgn THD rendah) atau dinaikkan sampai THD nya 1% (ini buat amplifier dgn THD tinggi).
Kalau pengen tahu seberapa besar tegangan klipingnya, bisa dihitung dulu penguatan/gainnya. Lalu atur tegangan input agar lebih besar dari tegangan power supply dibagi gainnya.
Misalnya tegangan power supply +-40V, gain 30x, maka atur tegangan input > 40/30.

Ini settingan LTSpice saya untuk mengukur THD dan menampilkan FFT:

.options plotwinsize=0
.options method=gear
.options numdgt=7
.param Freq=20K
.param numcyc=20
.param dlycyc=5
.param FFT=2**16
.param simtime=numcyc/Freq+dlytime
.param dlytime=dlycyc/Freq
.param timestep=(simtime-dlytime)/FFT
.four {Freq} V(Vin) V(Vout)
.four {Freq} 4 V(Vin) V(Vout)
.tran 0 {simtime} {dlytime} {timestep}
.option numdgt=15
.option reltol=1e-6
.option ptrantau=0

Kalau ini:
INPUT = SINE(0 {A} 10k)
.tran 4m
.step param A .1 1.6 .2

A adalah tegangan peak dalam Volt. Perintah .step membuat A jadi 0.1V sampai 1.6V dengan kenaikan 0.2V. Perintah .tran minimal 20 cycle untuk "stop time" dan "maximum timestep" sekitar "stop time" dibagi 2 pangkat 16 agar cukup akurat dalam mengukur THD.

SS outdour autau audio pro, tegangan inputnya memiliki standard yaitu 1.736V peak. Lihat http://en.wikipedia.org/wiki/Line_level

---

Plotnya di mana Bang?

Di graphic hanya keluar garis lurus semua =(

Pilih menu "Edit"->"Spice Directive", lalu copy command nya.
Di koneksi output kasil label "VOUT" dan koneksi input kasih label "VIN"
Run simulatornya. Setelah keluar windows yg nampilin grafik, klik kanan di windowsnya.
Pilih menu "View"->"Spice Error Log" untuk melihat THD atau cacat harmoniknya.
Klik menu "View"->"FFT" untuk melihat FFT di koneksi yang kita inginkan.

Sayang saya ga ngerti cara bacanya hehehe X_X

Error.log

Pada input tegangan sinus frekuensinya harus disamain. Contoh:
SINE(0 1.8 {Freq})

Nilai frequensi diatur pada command:
.param Freq=1K
yang sudah saya berikan sebelumnya.

Nanti baru pembacaan THD benar.

Ohh iya maap..

error.log

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.

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.

[fiqiew]

untuk model potensiometernya silahkan disertakan filenya kang :-)

monggo untuk yg lainnya :-D

Ini Kang :

[gantex]

diatas adalah lib untuk LTSpice dari file simulasi kang fiqiew ,yg saat run tidak dapat menemukan jenis potensionya, dan kalau tidak salah pada fuse juga :-)

[fiqiew]

Model untuk K30 saya gk nemu, Akang punya....:-) Mo bikin bagian input pkai Tr ini...:-)

[gantex]

fet ya kang :-)

ini kang :

*2SK30
*id(R 0.3-0.75 / O 0.6-1.4 / Y 1.2-3.00 / GR 2.6-6.5)
.model J2SK30r NJF(vto=-0.8v beta=0.75m lambda=0 cgd=2.6p cgs=8.2p
+ dev 10% LOT 60%)
.model J2SK30o NJF(vto=-1.1v beta=0.75m lambda=0 cgd=2.6p cgs=8.2p
+ dev 10% LOT 60%)
.model J2SK30y NJF(vto=-1.8v beta=0.75m lambda=0 cgd=2.6p cgs=8.2p
+ dev 10% LOT 60%)
.model J2SK30gr NJF(vto=-2.8v beta=0.75m lambda=0 cgd=2.6p cgs=8.2p
+ dev 10% LOT 60%)

cara memasukkannya, buka standart.jft dengan LTSpice, kemudian paste baris yg saya tulis diatas kemudian save.

[fiqiew]

iya fet....makasee, Kang...:-)

"standart.xxx" model punya saya banyak yg gk ad voltasenya Kang...

[gantex]

:bd ndak apa - apa kang, kan bisa liat di datasheet :-)