Beginner: B. Electronics

Showing posts with label B. Electronics. Show all posts

Friday, May 14, 2010

Audio Amplifier Kelas A, B, AB & D

Apa yang dimaksud dengan Kelas A, B, AB & D Audio Amplifier-Teori Operasi

Kita akan melihat definisi untuk klasifikasi utama sebagai perkenalan :

Kelas A
Dalam Kelas A penguat, perangkat output untuk terus menerus melakukan seluruh siklus, atau dengan kata lain selalu ada bias arus yang mengalir dalam perangkat output. Topologi ini memiliki paling sedikit distorsi dan merupakan yang paling linear, tetapi pada saat yang sama adalah yang paling efisien sekitar 20%. Desain biasanya tidak komplementer dengan tinggi dan rendah output samping perangkat.

Kelas B
Penguat jenis ini beroperasi dalam cara yang berlawanan untuk Kelas A amplifier. Output perangkat hanya melakukan setengah siklus sinusoidal (satu melakukan di wilayah positif, dan satu melakukan di wilayah negatif), atau dengan kata lain, jika tidak ada sinyal input maka tidak ada arus di perangkat output. Penguat kelas ini jelas lebih efisien daripada Kelas A, pada sekitar 50%, namun memiliki beberapa masalah dengan linearitas pada titik potong, karena waktu yang dibutuhkan untuk mengaktifkan salah satu perangkat dan giliran yang lain perangkat.

Kelas AB
Penguat jenis ini merupakan kombinasi dari dua tipe di atas, dan saat ini salah satu yang paling umum jenis power amplifier yang ada. Berikut kedua perangkat tersebut diizinkan untuk melakukan pada saat yang sama, tetapi hanya sejumlah kecil di dekat titik crossover. Maka tiap-tiap perangkat yang melakukan selama lebih dari setengah siklus tetapi kurang dari seluruh siklus, sehingga bawaan non-linearitas desain Kelas B diatasi, tanpa inefisiensi dari Kelas A desain. Efisiensi untuk Kelas AB amplifier adalah sekitar 50%.

Kelas D
Penguat kelas ini adalah sebuah switching atau PWM penguat seperti yang disebutkan di atas. Penguat kelas ini adalah fokus utama dari aplikasi ini catatan. Dalam jenis ini penguat, yang saklar sepenuhnya baik atau sepenuhnya off, secara signifikan mengurangi kerugian daya di perangkat output. Efisiensi 90-95% adalah mungkin. Sinyal audio digunakan untuk memodulasi sinyal pembawa yang PWM yang drive perangkat output, dengan tahap terakhir menjadi rendah pass filter untuk menghilangkan frekuensi tinggi carrier frekuensi PWM. Sebuah Kelas D penguat audio pada dasarnya merupakan switching PWM penguat atau amplifier. Ada beberapa kelas yang berbeda dari amplifier. Kelas D penguat mengambil berbagai bentuk, beberapa dapat memiliki input digital dan beberapa dapat memiliki input analog. Di sini kita akan fokus pada jenis yang memiliki analog input.

Dari klasifikasi penguat di atas, kelas A, B dan AB adalah semua apa yang disebut linier amplifier. Kami akan mendiskusikan perbedaan antara Linier dan Kelas D amplifier pada bagian berikutnya. Diagram blok penguat linear ditunjukkan di bawah ini pada Gambar 1. Dalam penguat sinyal linier selalu tetap di analog domain, dan output transistor bertindak sebagai regulator linier memodulasi keluaran tegangan. Hal ini menghasilkan jatuh tegangan output perangkat, yang mengurangi efisiensi.

Gambar 1 di atas memperlihatkan diagram blok dasar untuk Jembatan Setengah Kelas D amplifier, dengan bentuk gelombang pada setiap tahap. Rangkaian ini menggunakan umpan balik dari output dari setengah jembatan untuk membantu mengkompensasi variasi tegangan bus.

Jadi bagaimana Kelas D penguat bekerja ? Kelas D penguat Sebuah karya yang sangat banyak cara yang sama sebagai power supply PWM (kami akan menunjukkan analogi nanti). Mari kita mulai dengan asumsi bahwa sinyal input audio merupakan standar sinyal line level. Line level audio ini sinyal sinusoidal dengan frekuensi mulai dari 20Hz to 20kHz biasanya. Sinyal ini dibandingkan dengan frekuensi tinggi segitiga atau bentuk gelombang gigi gergaji untuk menciptakan sinyal PWM seperti yang terlihat dalam Gambar 2a di bawah ini. Sinyal PWM ini kemudian digunakan untuk menggerakkan kekuatan panggung, menciptakan diperkuat sinyal digital, dan akhirnya pass filter yang rendah diterapkan pada sinyal untuk menyaring frekuensi carrier yang PWM sinusoidal dan mengambil sinyal audio (juga terlihat dalam gambar 2b).

Topologi Perbandingan - Linear versus Kelas D

Dalam bagian ini kita akan membahas perbedaan antara linear (Kelas A dan Kelas AB) amplifier, dan Kelas D digital power amplifier. Utama dan Perbedaan utama antara linear dan Kelas D amplifier adalah efisiensi. Ini adalah seluruh alasan untuk penemuan Kelas D amplifier. Linear amplifier yang secara inheren sangat linier dalam hal performa, tetapi juga sangat tidak efisien sekitar 50% biasanya untuk Kelas AB amplifier, sedangkan Kelas D penguat ini jauh lebih efisien, dengan nilai-nilai dalam urutan 90% dalam praktek desain. Gambar 3 di bawah ini menunjukkan kurva efisiensi khas untuk linear dan Kelas D amplifier.

GainDengan penguat Linear gain konstan tegangan bus terlepas dari variasi, namun dengan Kelas D amplifier gain sebanding dengan tegangan bus. Ini berarti bahwa penolakan catu daya rasio (PSRR) dari Kelas D penguat adalah 0dB, sedangkan PSRR dari penguat linear sangat baik. Hal ini sering terjadi pada Kelas D penguat menggunakan umpan balik untuk mengimbangi variasi tegangan bus.

Energi ArusDalam penguat linier aliran energi selalu dari pasokan ke beban, dan dalam Kendali jembatan Kelas D amplifier ini juga benar. Setengah jembatan Namun penguat Kelas D berbeda, sebagai aliran energi dapat bi-directional, yang mengarah ke "Bus memompa" fenomena, yang menyebabkan kapasitor bus yang akan dikenakan oleh aliran energi dari beban kembali ke memasok. Hal ini terjadi terutama pada frekuensi audio rendah yaitu di bawah 100Hz.

Menggunakan Transistor Untuk Amplifier

Transistor merupakan komponen yang dapat menguatkan arus.Dengan kemampuan ini, transistor dapat dimanfaatkan dalam dua moda, yaitu moda nonlinier dan moda linier. Moda nonlinier contohnya adalah pemanfaatan transistor sebagai saklar elektronik, sedangkan moda linier adalah transistor sebagai penguat (amplifier).

Dalam penerapannya sebagai amplifier, terdapat beberapa jenis konfigurasi amplifier. Dalam halaman ini, akan dibahas tiga buah konfigurasi amplifier, yaitu amplifier kelas A, Kelas B dan kelas AB. Kelas dari amplifier ini dibedakan berdasarkan letak titik beban dari kerja transistor. Titik beban ini berada dalam garis beban seperti yang terlihat dalam Gambar 2, dengan menganggap rangkaian transistornya adalah dalam konfigurasi common emitter (seperti dalam Gambar 1).

Gambar 1. Rangkaian common emitter.

dari Gambar 1, dapat diturunkan persamaan tegangan V_CC yaitu:

Gambar 2. Garis beban transistor. Transistor pad rangkaian di Gambar 1, akan memiliki titik kerja di antara titik A dan B, sepanjang garis beban. Titik A adalah daerah kerja ketika transistor mengalami kejenuhan, sedangkan titik B adalah ketika transistor cut-off.

Amplifier Kelas A

Titik beban transistor pada penguat kelas A diletakkan di antara titik A dan B, biasanya untuk menghasilkan kinerja yang baik maka titik beban diletakkan tepat di tengah-tengah garis beban. Hal ini memiliki maksud agar sinyal keluaran akan memiliki bentuk sinyal yang simetri antara siklus negatif dan positif. Supaya diperoleh titik beban yang tepat ditengah, maka V_CE dirancang supaya sama besar dengan V_CC/2. Untuk menghasilkan ini, maka I_B dirancang supaya menghasilkan I_CR_C sama dengan V_CC/2. Penguat kelas A dapat diwujudkan dengan rangkaian seperti Gambar 3 berikut.

Gambar 3. Penguat kelas A.

Penguat kelas A dirancang untuk menguatkan sinyal-sinyal kecil. Sedangkan kekurangan dari penguat jenis ini adalah ketika tidak ada sinyal masukan, maka transistor akan tetap mengkonsumsi arus listrik.

Amplifier Kelas B

Penguat ini diwujudkan dengan merangkai sepasang transistor komplemen seperti pada Gambar 4. Berbeda dengan penguat kelas A, titik beban transistor penguat kelas B diletakkan pad titik B (titik cut-off). Dengan kondisi seperti ini, maka ketika tidak ada sinyal masukan, maka transistor tidak mengkonsumsi arus listrik. Penguat jenis ini dikenal juga sebagai penguat push-pull karena kerja dari pasangan transistor adalah bergantian. Penguat ini diterapkan sebagai penguat akhir, atau penguat sinyal besar.

Gambar 4. Penguat kelas B (push-pull).

Ketika V_in berada dalam fasa positif maka hanya transistor NPN yang ON, sedangkan ketika sinyal V_in berada dalam fasa negatif maka hanya transistor PNP yang ON. Akan tetapi karena bias tegangan transistor berasal dari sinyal V_in, maka sinyal ini akan terpotong oleh tegangan V_BE, sehingga sinyal keluarannya akan mengalami kecacatan (distorsi).

Amplifier Kelas AB

Untuk mengatasi permaslahan distorsi pada penguat kelas B, maka dibuatlah penguat kelas AB. Penguat ini memiliki titik beban yang berada sedikit di atas titik B (Gambar 2), yaitu transistor dalam kondisi dibias dengan tegnagn ambang sebesar V_BE. Dalam kondisi ini, maka dalam keadaan tanpa sinyal V_in, transistor tidak mengkonsumsi arus listrik. Sedangkan ketika V_in muncul maka sinyal ini tidak terpotong oleh tegangan V_BE sehingga sinyal keluarannya tidak mengalami distorsi. Contoh dari penguat kelas AB adalah seperti pada Gambar 5.

Gambar 5. Penguat kelas AB.

Op-Amp (operational amplifier)

Operational Amplifier atau di singkat op-amp merupakan salah satu komponen analog yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi op-amp yang paling sering dipakai antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator. Pada pokok bahasan kali ini akan dipaparkan beberapa aplikasi op-amp yang paling dasar, yaitu rangkaian penguat inverting, non-inverting differensiator dan integrator.

I. Pengertian Dasar Op-Amp
Operational Amplifier atau di singkat op-amp merupakan salah satu komponen analog yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi op-amp yang paling sering dipakai antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator. Pada pokok bahasan kali ini akan dipaparkan beberapa aplikasi op-amp yang paling dasar, yaitu rangkaian penguat inverting, non-inverting differensiator dan integrator.

Pada Op-Amp memiliki 2 rangkaian feedback (umpan balik)yaitu feedback negatif dan feedback positif dimana Feedback negatif pada op-amp memegang peranan penting. Secara umum, umpanbalik positif akan menghasilkan osilasi sedangkan umpanbalik negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur.

Op-amp ideal
Op-amp pada dasarnya adalah sebuah differential amplifier (penguat diferensial) yang memiliki dua masukan. Input (masukan) op-amp ada yang dinamakan input inverting dan non-inverting. Op-amp ideal memiliki open loop gain (penguatan loop terbuka) yang tak terhingga besarnya. Seperti misalnya op-amp LM741 yang sering digunakan oleh banyak praktisi elektronika, memiliki karakteristik tipikal open loop gain sebesar 104 ~ 105. Penguatan yang sebesar ini membuat op-amp menjadi tidak stabil, dan penguatannya menjadi tidak terukur (infinite). Disinilah peran rangkaian negative feedback (umpanbalik negatif) diperlukan, sehingga op-amp dapat dirangkai menjadi aplikasi dengan nilai penguatan yang terukur (finite).

Impedasi input op-amp ideal mestinya adalah tak terhingga, sehingga mestinya arus input pada tiap masukannya adalah 0. Sebagai perbandingan praktis, op-amp LM741 memiliki impedansi input Zin = 106 Ohm. Nilai impedansi ini masih relatif sangat besar sehingga arus input op-amp LM741 mestinya sangat kecil.

Ada dua aturan penting dalam melakukan analisa rangkaian op-amp berdasarkan karakteristik op-amp ideal. Aturan ini dalam beberapa literatur dinamakan golden rule, yaitu :

Aturan 1:Perbedaan tegangan antara input v+ dan v- adalah nol (v+ - v- = 0 atau v+ = v- )
Aturan 2:Arus pada input Op-amp adalah nol (i+ = i- = 0)

Inilah dua aturan penting op-amp ideal yang digunakan untuk menganalisa rangkaian op-amp.

II. Karakteristik Dasar Op-Amp

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya bahwa pada dasarnya Op-amp adalah sebuah differential amplifier (penguat diferensial), yang mana memiliki 2 input masukan yaitu input inverting (V-) dan input non-inverting(V+), Rangkaian dasar dari penguat diferensial dapat dilihat pada gambar 1 dibawah ini:

Gambar 1 : Penguat Diferensial

Pada rangkaian diatas, dapat diketahui tegangan output (Vout) adalah Vout = A(v1-v2) dengan A adalah penguatan dari penguat diferensial ini. Titik input v1 dikatakan sebagai input non-iverting, sebab tegangan vout satu phase dengan v1. Sedangkan sebaliknya titik v2 dikatakan input inverting sebab berlawanan phasa dengan tengangan vout.

Diagram Blok Op-amp
Op-amp di dalamnya terdiri dari beberapa bagian, yang pertama adalah penguat diferensial, lalu ada tahap penguatan (gain), selanjutnya ada rangkaian penggeser level (level shifter) dan kemudian penguat akhir yang biasanya dibuat dengan penguat push-pull kelas B. Gambar-2(a) berikut menunjukkan diagram dari op-amp yang terdiri dari beberapa bagian tersebut.

gambar-2 (a) : Diagram blok Op-Amp

gambar-2 (b) : Diagram schematic simbol Op-Amp

Simbol op-amp adalah seperti pada gambar-2(b) dengan 2 input, non-inverting (+) dan input inverting (-). Umumnya op-amp bekerja dengan dual supply (+Vcc dan –Vee) namun banyak juga op-amp dibuat dengan single supply (Vcc – ground). Simbol rangkaian di dalam op-amp pada gambar-2(b) adalah parameter umum dari sebuah op-amp. Rin adalah resitansi input yang nilai idealnya infinit (tak terhingga). Rout adalah resistansi output dan besar resistansi idealnya 0 (nol). Sedangkan AOL adalah nilai penguatan open loop dan nilai idealnya tak terhingga.

Saat ini banyak terdapat tipe-tipe op-amp dengan karakterisktik yang spesifik. Op-amp standard type 741 dalam kemasan IC DIP 8 pin. Untuk tipe yang sama, tiap pabrikan mengeluarkan seri IC dengan insial atau nama yang berbeda. Misalnya dikenal MC1741 dari motorola, LM741 buatan National Semiconductor, SN741 dari Texas Instrument dan lain sebagainya. Tergantung dari teknologi pembuatan dan desain IC-nya, karakteristik satu op-amp dapat berbeda dengan op-amp lain.