ada yang berpendapat audio amplifier adalah elektronika level terendah.
wow... mungkin yang berpendapat seperti itu hanya melihat kesederhanaan rangkaian audio amplifier tanpa mengetahui teknis dari rangkaian tersebut (mungkin, dengan melihat contoh sekema / beli papan pcb jadi, pasang2 komponen audio amplifier sudah berhasil di buat)
rangkaian amplifier akan di temukan pada banyak rangkaian elektronika, baik dari rangkaian transistor tunggal sampai rangkaian komplek yang di kemas dalam sebuah IC
rangkaian audio amplifier merupakan rangkaian op-amp berdaya besar, bila dikembangkan dapat dipergunakan untuk berbagai aplikasi.
misal :
- driver motor dc H bridge, memiliki rangkaian seperti audio amplifier BTL
- ic op-amp di pasaran hanya mampu menerima tegangan rendah, sedangkan op-amp dalam audio amplifier mampu di supply dengan teganggan yang relatif tinggi (posisi pada stage pertama audio amplifier) dan karakter frekuensi dapat di atur dengan output class A (rendah distorsi, IC opamp kebanyakan output cass B)
- inverter sine wave DC-AC
- dll
ke inti pembahasan..
final audio amplifier berupa transistor berdaya tinggi, yang umum di pergunakan perakit adalah transistor sanken dan toshiba, kedua transistor ini suka di banding2kan hasil bass nya (empuk, deb, glerr.....)
 |
| final audio amplifier : class B/AB |
gambar di atas konfigurasi transistor final class B/AB, yang membedakan kedua class ini adalah rangkaian driver di belakangnya.
mengapa mengambil contoh class B/AB ?
krn lebih mudah di pahami, akan di kembangkan menjadi BTL, GB, H, G dll tergantung masing2 orangnya
"berapa jumlah transistor untuk travo 10A ?"
"toshiba 3 set di supply travo berapa A ?"
"5A opo kuat ngangkat 15x2 12x4 ?"
"sanken 4 set opo kuat nyebul 18x2 ?"
ini adalah sebagian kecil pertanyaan yang ada di group facebook audio amplifier
bagi perancang audio amplifier tulian ini tidak berguna, bagi yang awam semoga membantu.
perhitungan adalah pendekatan, di sarankan memberi excess (menambah) jumlah daya transistor hasil perhitungan sebesar 25% - 50% lebih besar (karena transistor di pasaran kebanyakan KW, dan temperatur ruang daerah tropis lebih tinggi)
--->>
contoh #1:
- amplifier mono dengan beban 2 speker @ 8 ohm di pasang secara parallel
- supply arus dari travo murni, I(max) = 10A
- excess = 25%
di cari :
- jumlah transistor yang diperlukan
- daya / power speaker (rms)
- tegangan supply
perhitungan :
beban : parallel 2 speaker @ 8 ohm = 4 ohm
Pc transistor(max) = Collector Power Dissipation (kemampuan max transistor membuang panas) (Watt)
1.1.tegangan supply = I(max) * beban
tegangan supply = 10 A * 4 ohm
tegangan supply = 40 Vdc
1.2.Pc transistor(max) = (( I(max) ^2 ) * beban ) / 2
Pc transistor(max) = (( 10 A ^2 ) * 4 ohm ) / 2
Pc transistor(max) = 200 Watt
1.2.1.kebutuhan transistor = ( Pc transistor(max) * excess ) + Pc transistor(max)
kebutuhan transistor = (200 W * 25%) + 200 W = 250 Watt
1.3.daya speaker continue (p-p) = ( I(max) ^2 ) *beban
daya speaker continue (p-p) = (10 A ^2) * 4 ohm
daya speaker continue (p-p) = 400 Watt
1.3.1.daya masing masing speaker (p-p) = daya speaker continue (p-p) / jumlah speaker
daya masing masing speaker (p-p) = 400 W / 2 = 200 Watt ( karena parallel 2 speaker )
1.3.2.daya masing masing speaker (rms) = daya masing masing speaker (p-p) / 2^0.5
daya masing masing speaker (rms) = 200 W / 2^0.5
daya masing masing speaker (rms) = 141.4 Watt rms
** label speaker terdapat 2 buah daya/power, daya continue (rms) dan daya max (peak)
*** daya continue nilainya lebih rendah dari daya max. beli berdasar daya continue
dari hasil perhitungan :
# tegangan supply = 40 Vdc
** tegangan supply adalah tegangan yang berada di collector transistor final, bukan dari travo
*** untuk tegangan dari travo di tambahkan 1,8Vdc - 2Vdc (tegangan maju diode penyearah)
**** tegangan travo = tegangan supply + tegangan maju diode
tegangan travo = 40 Vdc + 2Vdc
tegangan travo = 42 Vdc (29.6 Vac)
# daya masing masing speaker (rms) = 141.4 Watt rms
# untuk transistor sanken Pc = 200W @ 25 degC
jumlah transistor = 250W / 200W
jumlah transistor = 1.25 set ( dibulatkan 2 set )
# untuk transistor toshiba Pc = 150W @ 25 degC
jumlah transistor = 250W / 150W
jumlah transistor = 1.7 set ( dibulatkan 2 set )
 |
| final audio amplifier : rugi tegangan / tegangan hilang |
pada contoh #1, merupakan perhitungan ideal dan tidak memperhitungkan rugi-rugi tegangan (V lost)
rugi-rugi tegangan di sebabkan karakter dari transistor itu sendiri.
transistor akan memiliki hambatan tegangan saat saturasi/hidup/mengalirkan arus.
pada konfigurasi commond emitter (seperti gambar di atas) terdapat hambatan tegangan, dalam datasheet adalah Vbe (dari grafik Vbe - Ic atau Vbe(on))
untuk keamanan dan mempermudah perhitungan, tetapkan Vbe pada nilai maximumnya (baca di datasheet transistor, setiap seri transistor nilai Vbe akan berbeda)
jumlahkan semua Vbe transistor dalam rangkaian emitter follower (dalam gambar TIP 41C & 2SC2922)
--->>
contoh #2:
- amplifier mono dengan beban 2 speker @ 8 ohm di pasang secara parallel
- supply arus dari travo murni, I(max) = 10A
- excess = 25%
- rugi tegangan = 3.4 Vdc
di cari :
- jumlah transistor yang diperlukan
- daya / power speaker (rms)
- tegangan supply
perhitungan :
beban : parallel 2 speaker @ 8 ohm = 4 ohm
Pc transistor(max) = Collector Power Dissipation (kemampuan max transistor membuang panas) (Watt)
2.1.tegangan supply = ( I(max) * beban ) + rugi tegangan
tegangan supply = ( 10 A * 4 ohm ) + 3.4 Vdc
tegangan supply = 43.4 Vdc
2.2.Pc transistor(max) = (( I(max) ^2 ) * beban ) / 2
Pc transistor(max) = (( 10 A ^2 ) * 4 ohm ) / 2
Pc transistor(max) = 200 Watt
2.2.1.kebutuhan transistor = ( Pc transistor(max) * excess ) + Pc transistor(max)
kebutuhan transistor = (200 W * 25%) + 200 W = 250 Watt
2.3.daya speaker continue (p-p) = ( I(max) ^2 ) *beban
daya speaker continue (p-p) = (10 A ^2) * 4 ohm
daya speaker continue (p-p) = 400 Watt
2.3.1.daya masing masing speaker (p-p) = daya speaker continue (p-p) / jumlah speaker
daya masing masing speaker (p-p) = 400 W / 2 = 200 Watt ( karena parallel 2 speaker )
2.3.2.daya masing masing speaker (rms) = daya masing masing speaker (p-p) / 2^0.5
daya masing masing speaker (rms) = 200 W / 2^0.5
daya masing masing speaker (rms) = 141.4 Watt rms
** label speaker terdapat 2 buah daya/power, daya continue (rms) dan daya max (peak)
*** daya continue nilainya lebih rendah dari daya max. beli berdasar daya continue
dari hasil perhitungan :
# tegangan supply = 43.4 Vdc
** tegangan supply adalah tegangan yang berada di collector transistor final, bukan dari travo
*** untuk tegangan dari travo di tambahkan 1,8Vdc - 2Vdc (tegangan maju diode penyearah)
**** tegangan travo = tegangan supply + tegangan maju diode
tegangan travo = 43.4 Vdc + 2Vdc
tegangan travo = 45.4 Vdc (32.1 Vac)
# daya speaker (rms) = 141.4 Watt rms
# untuk transistor sanken Pc = 200W @ 25 degC
jumlah transistor = 250W / 200W
jumlah transistor = 1.25 set ( dibulatkan 2 set )
# untuk transistor toshiba Pc = 150W @ 25 degC
jumlah transistor = 250W / 150W
jumlah transistor = 1.7 set ( dibulatkan 2 set )
kesimpulan :
contoh#1 dan contoh#2 memiliki parameter yang sama
contoh#1 tidak menghitung tegangan rugi tegangan transistor, tegangan travo yang di butuhkan = 42 Vdc (29.6 Vac)
contoh#2 menghitung tegangan rugi tegangan transistor, tegangan travo yang di butuhkan = 45.4 Vdc (32.1 Vac)
--->>
tegangan dan rugi daya..
tegangan output travo / smps dipasaran telah di tetapkan oleh pembuatnya 12Vac, 18Vac, 25Vac, 32Vac, 45Vac, 55Vac
akan sulit mencari tegangan travo pasaran, sesuai teganggan seperti contoh#1, sedangkan contoh#2 sesuai dengan output travo di pasaran (32Vac)
penerapaan tegangan jauh di atas perhitungan akan mengakibatkan pemborosan daya, pemborosan daya di sebabkan transistor harus mempertahankan tegangan menuju speaker
contoh#3:
- amplifier mono dengan beban 2 speker @ 8 ohm di pasang secara parallel
- tegangan travo = 45Vac (63.6Vdc)
- supply arus dari travo murni, I(max) = 10A
- excess = 25%
- rugi tegangan diode penyearah = 2 Vdc
di cari :
- rugi daya
perhitungan :
beban : parallel 2 speaker @ 8 ohm = 4 ohm
Pc transistor(max) = Collector Power Dissipation (kemampuan max transistor membuang panas) (Watt)
3.1.tegangan supply = tegangan travo - rugi tegangan diode penyearah
tegangan supply = 63.6 Vdc - 2 Vdc
tegangan supply = 61.6 Vdc
** tegangan supply adalah tegangan yang berada di collector transistor final
3.2.Pc transistor(max) = ( tegangan supply ^2 ) / ( 4 * Rspk )
Pc transistor(max) = ( 61.6 Vdc ^2 ) / ( 4 * 4 ohm )
Pc transistor(max) = 237.16 Watt
3.2.1.arus transistor(now) = ( Pc transistor(max) / Rspk ) ^ 0.5
arus transistor(now) = ( 237.16 W / 4 ohm ) ^ 0.5
arus transistor(now) = 7.7 A
3.2.2.tegangan speaker(now) = arus transistor(now) * beban
tegangan speaker(now) = 7.7 A * 4 ohm
tegangan speaker(now) = 30.8 Vdc
3.2.3.tegangan transistor(Vce) = tegangan supply - tegangan speaker(now)
tegangan transistor(Vce) = 61.6 Vdc - 30.8 Vdc
tegangan transistor(Vce) = 30.8 Vdc
3.2.4.daya speaker(now) = ( arus transistor(now) ^2 ) * beban
daya speaker(now) = (7.7 A ^2) * 4 ohm
daya speaker(now) = 237.16 Watt
3.2.5.daya speaker continue (p-p) = ( I(max) ^2 ) *beban
daya speaker continue (p-p) = (10 A ^2) * 4 ohm
daya speaker continue (p-p) = 400 Watt
** daya speaker continue (p-p) adalah daya speaker peak yang dapat terjadi, saat amplifier mengeluarkan daya maximum. dalam contoh ini terdapat 2 speaker, jadi daya amplifier terbagi pada 2 speaker masing2 200 Watt (p-p)
# pada titik ini, tegangan transistor(Vce) sama dengan tegangan speaker(now).
dan Collector Power Dissipation (Pc) memiliki nilai tertinggi (puncak) sehingga
di gunakan sebagai refferensi untuk mencari jumlah kebutuhan transistor
3.3.daya out travo(p-p) = I(max) * tegangan travo
daya out travo(p-p) = 10 A * 63.6Vdc
daya out travo(p-p) = 636 Watt
dari hasil perhitungan :
# daya out travo(p-p) = 636 Watt
# daya di buang transistor (Pc) = 237.16 Watt
# daya di pergunakan speaker(p-p) = 237.16 Watt (daya speaker(now))
3.4.rugi daya(max) = ( Pc transistor(max) / daya out travo(p-p) ) * 100%
rugi daya(max) = ( 237.16 W / 636 W ) * 100%
rugi daya(max) = 37.28 %
# rugi daya(max) pada amplifier dengan supply tegangan 45Vac (63.6Vdc) = 37.28 %
** semakin tinggi rugi daya, transistor akan semakin panas
3.5.kebutuhan transistor = ( Pc transistor(max) * excess ) + Pc transistor(max)
kebutuhan transistor = (237.16 W * 25%) + 237.16 W = 296.45 Watt
# untuk transistor sanken Pc = 200W @ 25 degC
jumlah transistor = 296.45 W / 200W
jumlah transistor = 1.48 set ( dibulatkan 2 set )
# untuk transistor toshiba Pc = 150W @ 25 degC
jumlah transistor = 296.45 W / 150W
jumlah transistor = 1.97 set ( dibulatkan 2 set )
--->>
contoh#4:
- amplifier mono dengan beban 2 speker @ 8 ohm di pasang secara parallel
- tegangan travo = 32Vac (45.3Vdc)
- supply arus dari travo murni, I(max) = 10A
- excess = 25%
- rugi tegangan diode penyearah = 2 Vdc
di cari :
- rugi daya
perhitungan :
beban : parallel 2 speaker @ 8 ohm = 4 ohm
Pc transistor(max) = Collector Power Dissipation (kemampuan max transistor membuang panas) (Watt)
4.1.tegangan supply = tegangan travo - rugi tegangan diode penyearah
tegangan supply = 45.3 Vdc - 2 Vdc
tegangan supply = 43.3 Vdc
** tegangan supply adalah tegangan yang berada di collector transistor final
4.2.Pc transistor(max) = ( tegangan supply ^2 ) / ( 4 * Rspk )
Pc transistor(max) = ( 43.3 Vdc ^2 ) / ( 4 * 4 ohm )
Pc transistor(max) = 117.18 Watt
4.2.1.arus transistor(now) = ( Pc transistor(max) / Rspk ) ^ 0.5
arus transistor(now) = ( 117.18 W / 4 ohm ) ^ 0.5
arus transistor(now) = 5.4125 A
4.2.2.tegangan speaker(now) = arus transistor(now) * beban
tegangan speaker(now) = 5.4125 A * 4 ohm
tegangan speaker(now) = 21.65 Vdc
4.2.3.tegangan transistor(Vce) = tegangan supply - tegangan speaker(now)
tegangan transistor(Vce) = 43.3 Vdc - 21.65 Vdc
tegangan transistor(Vce) = 21.65 Vdc
4.2.4.daya speaker(now) = ( arus transistor(now) ^2 ) * beban
daya speaker(now) = (5.4125 A ^2) * 4 ohm
daya speaker(now) = 117.18 Watt
4.2.5.daya speaker continue (p-p) = ( I(max) ^2 ) *beban
daya speaker continue (p-p) = (10 A ^2) * 4 ohm
daya speaker continue (p-p) = 400 Watt
** daya speaker continue (p-p) adalah daya speaker peak yang dapat terjadi, saat amplifier mengeluarkan daya maximum. dalam contoh ini terdapat 2 speaker, jadi daya amplifier terbagi pada 2 speaker masing2 200 Watt (p-p)
# pada titik ini, tegangan transistor(Vce) sama dengan tegangan speaker(now).
dan Collector Power Dissipation (Pc) memiliki nilai tertinggi (puncak) sehingga
di gunakan sebagai refferensi untuk mencari jumlah kebutuhan transistor
4.3.daya out travo(p-p) = I(max) * tegangan travo
daya out travo(p-p) = 10 A * 45.3Vdc
daya out travo(p-p) = 453 Watt
dari hasil perhitungan :
# daya out travo(p-p) = 453 Watt
# daya di buang transistor (Pc) = 117.18 Watt
# daya di pergunakan speaker(p-p) = 117.18 Watt (daya speaker(now))
4.4.rugi daya(max) = ( Pc transistor(max) / daya out travo(p-p) ) * 100%
rugi daya(max) = ( 117.18 W / 453 W ) * 100%
rugi daya(max) = 25.86 %
# rugi daya(max) pada amplifier dengan supply tegangan 32Vac (45.3Vdc) = 25.86 %
** semakin tinggi rugi daya, transistor akan semakin panas
4.5.kebutuhan transistor = ( Pc transistor(max) * excess ) + Pc transistor(max)
kebutuhan transistor = ( 117.18 W * 25%) + 117.18 W = 146.48 Watt
# untuk transistor sanken Pc = 200W @ 25 degC
jumlah transistor = 146.48 W / 200W
jumlah transistor = 0.73 set ( dibulatkan 1 set )
# untuk transistor toshiba Pc = 150W @ 25 degC
jumlah transistor = 146.48 W / 150W
jumlah transistor = 0.97 set ( dibulatkan 1 set )
--->>
kesimpulan :
contoh#3 dan contoh#4 memiliki parameter yang sama, hanya berbeda penggunaan tegangan supply dari travo
semakin tinggi supply tegangan yang di terapkan, semakin tinggi pula rugi daya amplifier
contoh#3 daya out travo(p-p) = 636 Watt
contoh#4 daya out travo(p-p) = 453 Watt
# untuk eff travo 80%, daya pln yang di tarik :
contoh#3 = 795 Watt (p-p) ( 562.1 Watt (rms) )
contoh#4 = 566,25 Watt (p-p) ( 400.4 Watt (rms) ) ( 71,2 % dari contoh#3)
# jumlah transistor :
jumlah transistor lebih sedikit pada contoh#4, dengan daya output amplifier yang sama dengan contoh#3
contoh#3 jumlah transistor = 2 set
contoh#4 jumlah transistor = 1 set
** Watt (rms) adalah daya rata2 listrik AC, daya pln menggunakan daya rms
*** RMS ( Root Mean Square ) dalam bahasa indonesia Akar Pangkat, listrik 1 phase = 2^0.5 , listrik 3 phase 3^0.5
