Kelas Power Amplifier Atau Penguat Daya Serta Karaktristiknya

Dalam elektronik, Amplifier adalah perangkat rangkaian  yang paling umum digunakan dengan aplikasi yang sangat banyak. Dalam elektronik terkait Audio, pre-amplifier dan power amplifier adalah dua jenis sistem amplifier yang berbeda yang digunakan untuk tujuan amplifikasi audio. 

Tapi, selain tujuan khusus aplikasi ini, ada perbedaan besar dalam berbagai jenis amplifier, terutama di Power Amplifier. Jadi di sini kita akan mengeksplorasi berbagai kelas amplifier beserta kelebihan dan kekurangannya.

Klasifikasi Amplifier menggunakan Huruf

Kelas penguat daya adalah identitas kinerja dan karakteristik penguat. Jenis penguat daya yang berbeda memberikan respons yang berbeda ketika melewatkan arus melaluinya. Menurut spesifikasinya, Amplifier diberi huruf atau abjad berbeda yang mewakili kelasnya. Ada kelas amplifier yang berbeda mulai dari A, B, C, AB, D, E, F, T dll. 

Dari kelas-kelas tersebut yang paling umum digunakan kelas penguat audio adalah A, B, AB, C. Kelas lainnya adalah amplifier modern yang menggunakan topologi switching dan teknik PWM (Pulse Width Modulation) untuk menggerakkan beban keluaran, Untuk mengetahui PWM lebih lengkap Bisa di baca Apa itu PWM? Pulse Width Modulation Pengertian Serta Siklus Kerjanya

Terkadang, versi perbaikan dari kelas tradisional diberi huruf untuk mengklasifikasikannya sebagai kelas penguat yang berbeda, seperti penguat kelas G adalah kelas Penguat yang dimodifikasi dari penguat Kelas B atau Kelas AB.

Kelas penguat mewakili proporsi siklus input ketika arus dilewatkan melalui penguat. Siklus input adalah sudut konduksi yang berasal dari konduksi gelombang sinusoidal pada input penguat. Sudut konduksi ini sangat proporsional dengan Amplifier tepat waktu selama satu siklus penuh. 

Jika amplifier selalu ON selama satu siklus, sudut konduksi akan menjadi 360 derajat. Jadi, jika penguat memberikan sudut konduksi 360 derajat, maka penguat menggunakan sinyal input lengkap dan elemen aktif dikonduksi melalui periode waktu 100% dari siklus sinusoidal lengkap.

Di bawah ini, kami akan mendemonstrasikan kelas Poweram plifier tradisional mulai dari Kelas A, B, AB dan C, dan juga mendemonstrasikan penguat Kelas D yang banyak digunakan dalam desain switching. Kelas-kelas ini tidak hanya digunakan di Power Amplifier tetapi juga digunakan di rangkaian Audio Amplifier.

Penguat Kelas A

Penguat kelas A adalah penguat gain tinggi dengan linieritas tinggi. Dalam kasus penguat Kelas A, sudut konduksi adalah 360 derajat. Seperti yang kami nyatakan di atas, sudut konduksi 360 derajat berarti perangkat penguat tetap aktif sepanjang waktu dan menggunakan sinyal input lengkap. Pada gambar di bawah ini ditunjukkan penguat kelas A yang ideal.

Seperti yang bisa kita lihat pada gambar, ada satu elemen aktif, transistor. Bias transistor tetap ON sepanjang waktu. Karena fitur tidak pernah mati ini, penguat Kelas A memberikan frekuensi tinggi yang lebih baik dan stabilitas loop umpan balik. Selain keunggulan ini, penguat Kelas A mudah dibuat dengan komponen perangkat tunggal dan jumlah suku cadang minimum.

Terlepas dari kelebihan dan linieritas yang tinggi, tentu memiliki banyak keterbatasan. Karena sifat konduktor yang terus menerus, penguat kelas A menimbulkan kerugian daya yang tinggi. 

Juga, karena linearitas yang tinggi, penguat Kelas A memberikan distorsi dan noise. Catu daya dan konstruksi bias membutuhkan pemilihan komponen yang cermat untuk menghindari kebisingan yang tidak diinginkan dan untuk meminimalkan distorsi.

Karena kehilangan daya yang tinggi di penguat Kelas A, ia memancarkan panas dan membutuhkan ruang heat sink yang lebih tinggi. Efisiensi sangat buruk pada amplifier Kelas A, secara teoritis, efisiensi bervariasi antara 25 hingga 30% jika digunakan dengan konfigurasi biasa. Efisiensi dapat ditingkatkan dengan menggunakan konfigurasi yang digabungkan secara induktif tetapi efisiensi dalam kasus tersebut tidak lebih dari 45-50%, sehingga hanya cocok untuk tujuan penguatan sinyal rendah atau tingkat daya rendah.

Penguat Kelas B

Penguat Kelas B sedikit berbeda dari Penguat Kelas A. Penguat ini dibuat menggunakan dua perangkat aktif yang melakukan setengah dari siklus yang sebenarnya, yaitu 180 derajat dari siklus. Dua perangkat menyediakan penggerak arus gabungan untuk beban.

Pada gambar di atas, konfigurasi penguat Kelas B Ideal telah ditunjukkan. Ini terdiri dari dua perangkat aktif yang bias satu per satu selama setengah siklus positif dan negatif dari gelombang sinusoidal dan dengan demikian sinyal didorong atau ditarik ke tingkat yang diperkuat dari sisi positif dan negatif dan menggabungkan hasilnya, kami mendapatkan siklus lengkap di seluruh output . 

Setiap perangkat dihidupkan atau menjadi aktif setengah dari siklus, dan karena ini efisiensi meningkat, dibandingkan dengan efisiensi 25- 30% penguat Kelas A, ini memberikan efisiensi lebih dari 60% secara teoritis. Kita dapat melihat grafik sinyal input dan output masing-masing perangkat pada gambar di bawah ini. Efisiensi tidak lebih dari 78% untuk penguat Kelas B. Disipasi panas diminimalkan di kelas ini menyediakan ruang heat sink yang rendah.

Namun, kelas ini juga memiliki keterbatasan. Keterbatasan yang sangat mendalam dari kelas ini adalah distorsi crossover. Karena dua perangkat menyediakan masing-masing setengah dari gelombang sinusoidal yang digabungkan dan digabungkan di seluruh output, ada ketidakcocokan (cross over) di wilayah, di mana dua bagian digabungkan. 

Ini karena ketika satu perangkat menyelesaikan setengah siklus, yang lain perlu menyediakan daya yang sama hampir pada saat yang sama ketika yang lain menyelesaikan pekerjaan. Sulit untuk memperbaiki kesalahan ini di penguat kelas A karena selama perangkat aktif perangkat lain tetap sama sekali tidak aktif. Kesalahan memberikan distorsi pada sinyal output. Karena keterbatasan ini, ini adalah kegagalan besar untuk aplikasi penguat audio presisi.

Penguat Kelas AB

Pendekatan alternatif untuk mengatasi distorsi cross-over, adalah dengan menggunakan penguat AB. Penguat kelas AB menggunakan sudut konduksi menengah dari Kelas A dan B, sehingga kita dapat melihat properti penguat Kelas A dan Kelas B pada topologi penguat kelas AB ini. Sama seperti kelas B, ia memiliki konfigurasi yang sama dengan dua perangkat aktif yang melakukan selama setengah dari siklus secara individual tetapi masing-masing perangkat bias berbeda sehingga itu tidak sepenuhnya OFF selama momen yang tidak dapat digunakan (momen crossover). 

Setiap perangkat tidak meninggalkan konduksi segera setelah menyelesaikan setengah dari bentuk gelombang sinusoida, sebaliknya membentuk sejumlah kecil input pada setengah siklus lainnya. Dengan menggunakan teknik bias ini, ketidakcocokan crossover selama zona mati berkurang secara dramatis.

Namun dalam konfigurasi ini, efisiensi berkurang karena linearitas perangkat terganggu. Efisiensi tetap lebih dari efisiensi penguat Kelas A biasa tetapi kurang dari sistem penguat Kelas B. Juga, dioda harus dipilih dengan hati-hati dengan peringkat yang sama persis dan harus ditempatkan sedekat mungkin dengan perangkat output. Dalam beberapa konstruksi rangkaian , perancang cenderung menambahkan resistor bernilai kecil untuk memberikan arus diam yang stabil di seluruh perangkat untuk meminimalkan distorsi di seluruh output.

Penguat Kelas C

Selain penguat Kelas A, B, dan AB, ada penguat Kelas C lainnya. Ini adalah penguat tradisional yang bekerja secara berbeda dari kelas penguat lainnya. Penguat kelas C adalah penguat yang disetel yang bekerja dalam dua mode operasi yang berbeda, disetel atau tidak disetel. Efisiensi penguat Kelas C jauh lebih besar daripada A, B, dan AB. Efisiensi maksimum 80% dapat dicapai dalam operasi terkait frekuensi radio

Penguat kelas C menggunakan sudut konduksi kurang dari 180 derajat. Selama mode tidak disetel, bagian tuner dihilangkan dari konfigurasi amplifier. Dalam operasi ini, penguat Kelas C juga memberikan distorsi besar di seluruh output.

Ketika rangkaian terkena beban yang disetel, rangkaian menjepit tingkat bias keluaran dengan tegangan keluaran rata-rata sama dengan tegangan suplai. Operasi yang disetel disebut sebagai clamper. Selama operasi ini, sinyal mendapatkan bentuk yang tepat dan frekuensi pusat menjadi kurang terdistorsi.

Dalam penggunaan umum, penguat Kelas C memberikan efisiensi 60-70%.

Penguat Kelas D

Penguat kelas D adalah penguat switching yang menggunakan Pulse Width Modulation atau PWM. Sudut konduksi bukan merupakan faktor dalam kasus seperti sinyal input langsung diubah dengan lebar pulsa variabel.

Dalam sistem penguat Kelas D ini, penguatan linier tidak diterima karena bekerja seperti sakelar biasa yang hanya memiliki dua operasi, ON atau OFF.

Sebelum memproses sinyal input, sinyal analog diubah menjadi aliran pulsa dengan berbagai teknik modulasi dan kemudian diterapkan ke sistem amplifier. Karena durasi pulsa terkait dengan sinyal analog, maka direkonstruksi lagi menggunakan filter lolos rendah di seluruh output.

Penguat kelas D adalah kelas penguat hemat daya tertinggi di segmen A, B, AB, dan C dan D. Ini memiliki pembuangan panas yang lebih kecil, sehingga heatsink kecil diperlukan. Rangkaian ini membutuhkan berbagai komponen switching seperti MOSFET yang memiliki resistansi rendah.

Ini adalah topologi yang banyak digunakan dalam pemutar audio digital atau mengendalikan motor juga. Tetapi kita harus ingat bahwa Ini bukan konverter Digital. Meskipun, untuk frekuensi yang lebih tinggi, penguat Kelas D bukanlah pilihan yang sempurna karena memiliki keterbatasan bandwidth dalam beberapa kasus tergantung pada filter lolos rendah dan kemampuan modul konverter.

Kelas Amplifier lainnya

Selain Penguat Tadi, ada beberapa kelas lagi, yaitu kelas E, Kelas F, Kelas G, dan H.

Penguat kelas E adalah penguat daya yang sangat efisien yang menggunakan topologi switching dan bekerja dalam frekuensi radio. Elemen switching kutub tunggal dan jaringan reaktif yang disetel adalah komponen utama yang digunakan dengan penguat kelas E.

Kelas F adalah penguat impedansi tinggi sehubungan dengan harmonik. Itu dapat didorong menggunakan gelombang persegi atau gelombang sinus. Untuk input gelombang sinusoidal, penguat ini dapat disetel menggunakan induktor dan dapat digunakan untuk meningkatkan penguatan.

Kelas G menggunakan perpindahan rel untuk mengurangi konsumsi daya dan meningkatkan kinerja efisiensi. Dan Kelas H adalah versi lebih lanjut dari Kelas G.

Aji Fitriyan Hidayat

Skill Comes From Within Yourself, Not Other Or Family, So Be Enthusiastic For Yourself.

Bagikan Artikel ini