High Performance 400W RMS Power Amplifier

High Performance 400W RMS Power Amplifier

Skema : (klik gambar untuk memperbesar)

Power Amplifier ini dibuat untuk menghasilkan daya yang cukup besar namun tetap mempunyai distorsi yang rendah. Kualitas suara pada power amplifier seperti ini pada umumnya lebih tergantung pada jenis komponen yang digunakan, layout PCB dan perkabelan yang baik dan tentunya desain yang baik pula.

Pada bagian differential digunakan N-JFET supaya mempunyai input impedance yang sangat tinggi (pada kaki Gate). Dan umumnya N-JFET lebih tahan terhadap RFI(Radio Frequency Interference) dari pada BJT, sehingga amplifier ini lebih aman dari gangguan frekuensi radio pada input. N-JFET yang digunakan adalah tipe 2SK30A karena relatif mudah didapat di pasaran dan harganya tidak mahal serta mempunyai noise yang rendah. N-JFET 2SK30A yang digunakan harus yang berkode “GR”, ini menandakan kapasitas maksimum arus drain yaitu sekitar 6mA untuk tipe GR. Karena N-JFET 2SK30A hanya mempunyai tegangan operasi sampai -50V, maka (N-JFET) pada bagian diferensial perlu untuk dipisahkan dari tegangan supply (+63V). Hal ini dilakukan oleh Q3 dan Q4 yang beroperasi sampai dengan +18V oleh dioda Zener D1.

Pada bagian VAS (Q7) bersama Q8 membentuk konfigurasi cascode. Hal ini bertujuan untuk meringankan kerja transistor VAS (Q7) sehingga mampu menurunkan distorsi. Tegangan Q7 ditahan oleh Q8 sekitar 1,4V (2V{V_LED} - 0,6V{V_BEQ8}) oleh LED1. Sekarang kerja Q7 (Transconductance atau I-V converter) lebih ringan dan sekarang Q8 yang bekerja untuk menyalurkan (melewatkan) tegangan.

Pada bagian bootstrap ditambahkan Q10 berupa N-JFET untuk meningkatkan regulasi arus bootstrap. N-JFET yang digunakan adalah tipe 2SK30A. Karena N-JFET 2SK30A mempunyai disipasi yang rendah (max. 100mW @ Ta 25°C) maka peranan (nilai) R13 sangatlah penting. Jika R13 terlalu rendah maka Q10 akan bekerja pada tegangan yang lebih tinggi, ini dapat menyebabkan Q10 overheating dan rusak. Jika nilai R13 terlalu tinggi maka Q10 akan gagal dalam meningkatkan regulasi arus bootstrap. Nilai yang ideal untuk R13 adalah 10k s.d 12k dengan rating daya 2W s.d 1W. Nilai R12 digunakan untuk menentukan besarnya arus drain Q10 sekitar 4mA s.d 5mA, nilai R12 tergantung dari karakter Y_fs(Forward transfer admittance) dari Q10. Namun pada umumnya untuk N-JFET 2SK30A-GR dapat digunakan nilai antara 100Ω s.d 150Ω ¼W.

Pada bagian output (final) digunakan konfigurasi Compound Emitter-Follower. Arus bias diatur sekitar 50mA per output transistor.

Hal menarik lainnya adalah pada bagian fuse (sekering) terdapat sebuah resistor paralel terhadap sekering. Resistor ini fungsinya untuk menahan sementara waktu (sampai gosong dan putus) jika terjadi salah satu sekering putus yang dapat menyebabkan terjadinya tegangan DC pada output. Juga sebagai penanda yaitu saat resistor ini gosong dan mengeluarkan asap / bau tak sedap yang mengisyaratkan kita bahwa power amplifier harus segera dimatikan (Off).  Nilainya sekitar 100Ω ½W. Teknik ini umumnya terdapat pada model-model power amplifier dari Hugh Dean (AKSA).

Spesifikasi Umum (simulasi LTspice)

Vs = ±63V; RL = 4Ω; Iq = 45mA/Q

THD 1kHz 400W 4Ω	0,005486%
THD 1kHz 10W 4Ω	0,001400%
THD 20kHz 400W 4Ω	0,010108%
THD 20kHz 10W 4Ω	0,015958%
THD 1kHz 500W 4Ω (clip)	~ 4%
Total Voltage Gain	33x = 30 dB
Slew Rate	+100V/µs : -35V/µs (setelah L1 = +77V/µs : -33.5V/µs)
Bandwidth (ref 30,42dB @ 1,499kHz	639kHz
Power Bandwidth	462kHz
Frequency Response (-3dB)	5Hz – 405kHz
Total RMS input noise voltage (10Hz-100kHz)	2,32µV = 21nV/√Hz
Output impedance @ 1kHz (sebelum L1)	< 1mΩ

Cliping Indicator :

skema :

Gunakan kit ini sebagai penanda terjadinya saturasi tegangan output, sehingga kita dapat mengantisipasi kerusakan pada speaker jika terjadi tegangan clip (saturasi). LED1 akan menyala jika terjadi output amplifier clip, jika begitu, kita perlu menurunkan volume untuk menurunkan tegangan output agar tidak sampai clip (saturasi). Bila dipaksakan terjadi clip, cepat atau lambat sangat mungkin speaker akan hangus (khususnya tweeter yang tanpa diseri kapasitor).

• Koneksi "Amp +Vcc" dihubungkan dengan supply amplifier yang +65Vdc.
• Koneksi "Amp -Vee" dihubungkan dengan supply amplifier yang -65Vdc.
• Koneksi "Amp-1" dihubungkan dengan output power amplifier channel Left.
• Koneksi "Amp-2" dihubungkan dengan output power amplifier channel Right.
• Koneksi "Gnd" dihubungkan dengan power ground.
• Koneksi "ext." dihubungkan dengan kit detector lainnya (untuk sharing indikator LED yang sama).

Kit ini telah disesuaikan untuk bekerja pada tegangan supply ±65V, dengan tegangan referensi saturasi sebesar 3V.
Jika digunakan pada tegangan supply yang lain (misalnya ±35V), maka kit ini tidak akan bekerja sebagaimana mestinya.

Untuk dapat digunakan dengan baik pada tegangan supply yang lain, maka nilai R6, R7, R10 & R11 perlu diubah.

Jika power amplifier yang digunakan dalam konfigurasi Brige Tied Load (BTL; stereo = 4 power amp), maka koneksi "Amp-1" atau "Amp-2" cukup dihubungkan dengan output amplifier yang master / pertama / non-inverting / kutub (+).

* Clip Indicator adalah Hak Intelektual © dari Rod Elliott (sound.westhost.com), saya hanya membagi sebagai pelengkap kit pelindung dari power amplifier ini.

 

Power Supply :

• Rekomendasi untuk Power Supply tiap satu Power Amplifier dengan beban terendah 4Ω gunakan trafo 15A (untuk dua amplifier gunakan 30A).
• Kapasitor bank gunakan sekitar 15.000µF/80V per rail untuk 1 amplifier (33.000µF/80V per rail untuk 2 amplifier). Jika tidak terdapat kapasitor 15000µF/80V dapat digunakan 3 buah kapasitor 4700µF/80V secara paralel, jika diparalel nilainya akan mendekati 15000µF. Jika tidak terdapat kapasitor bertegangan 80V maka gunakan yang bertegangan lebih tinggi misalnya 100V.
• Dioda bridge gunakan 35A per amplifier, untuk dua amplifier (stereo) sebaiknya gunakan 2 dioda bridge 35A secara paralel, ini untuk mengantisipasi kerusakan (pada dioda bridge maupun perlengkapan lainnya) yang mungkin terjadi bila terjadi arus kejut yang dapat menyebabkan kerusakan pada dioda bridge 35A, apalagi jika dioda bridge 35A yang digunakan merk abal-abal. Sumber https://sites.google.com/site/tinemqu/project/high-performance-400w-rms-power-amplifier