Penguat daya audio

Penguat daya audio atau Amplifier daya suara (atau amplifier daya) adalah alat yang menguatkan sinyal sinyal audio berdaya rendah, seperti sinyal dari penerima radio atau pickup gitar listrik, ke tingkat yang cukup tinggi untuk menggerakkan pengeras suara atau headphone. Amplifier daya audio digunakan dalam berbagai sistem suara, termasuk penguatan suara, sistem alamat publik, sistem audio rumah, dan amplifier untuk alat musik seperti amplifier gitar. Ini adalah tahap elektronik terakhir dalam rantai sinyal pemutaran audio sebelum sinyal dikirim ke pengeras suara.

Tahap sebelumnya dalam rantai sinyal ini adalah amplifier audio berdaya rendah yang menangani tugas seperti penguatan awal sinyal, ekualisasi, dan pencampuran sinyal masukan yang berbeda. Sumber masukan dapat berupa berbagai perangkat audio seperti pemutar piringan hitam, pemutar CD, pemutar audio digital, dan pemutar kaset. Sebagian besar amplifier daya audio memerlukan masukan berdaya rendah ini, yang disebut level saluran.

Meskipun sinyal masukan ke amplifier daya audio, seperti sinyal dari gitar listrik, mungkin hanya berukuran beberapa ratus mikrowatt, keluarannya dapat mencapai beberapa watt untuk perangkat elektronik konsumen kecil seperti radio jam, puluhan atau ratusan watt untuk sistem stereo rumah, beberapa ribu watt untuk sistem suara klub malam, atau puluhan ribu watt untuk sistem penguatan suara konser rock besar. Meskipun amplifier daya tersedia dalam unit mandiri, yang biasanya ditujukan untuk pasar hi-fi audiophile (pasar khusus) bagi penggemar audio dan profesional sistem penguatan suara, banyak produk audio elektronik konsumen seperti amplifier terintegrasi, penerima, radio jam, boombox, dan televisi memiliki pra-amplifier dan amplifier daya dalam satu sasis.

Sejarah

Amplifier audio ditemukan sekitar tahun 1912 oleh Lee de Forest. Penemuan ini dimungkinkan oleh ciptaannya pada komponen penguat listrik praktis pertama, yaitu triode tabung vakum (atau "valve" dalam bahasa Inggris Britania) pada tahun 1907. Triode adalah perangkat tiga terminal dengan grid kontrol yang dapat memodulasi aliran elektron dari filamen ke pelat. Amplifier vakum triode digunakan untuk membuat radio AM pertama.Transistor dalam Satu Abad Elektronik. nobelprize.org Amplifier daya audio awal berbasis tabung vakum, dan beberapa di antaranya mencapai kualitas audio yang sangat tinggi (misalnya, amplifier Williamson pada tahun 1947–1949).

Amplifier daya audio berbasis transistor menjadi praktis dengan ketersediaan transistor murah pada akhir 1960-an. Sejak 1970-an, sebagian besar amplifier audio modern berbasis transistor solid-state, terutama transistor sambungan bipolar (BJT) dan transistor efek medan semikonduktor-oksida-logam (MOSFET). Amplifier berbasis transistor lebih ringan, lebih andal, dan memerlukan perawatan lebih sedikit dibandingkan amplifier tabung.

MOSFET ditemukan di Bell Labs antara tahun 1955 dan 1960. MOSFET diadaptasi menjadi MOSFET daya untuk audio oleh Jun-ichi Nishizawa di Universitas Tohoku pada tahun 1974. MOSFET daya segera diproduksi oleh Yamaha untuk amplifier audio hi-fi mereka. JVC, Pioneer Corporation, Sony, dan Toshiba juga mulai memproduksi amplifier dengan MOSFET daya pada tahun 1974. Pada tahun 1977, Hitachi memperkenalkan LDMOS (MOS difusi lateral), jenis MOSFET daya. Hitachi adalah satu-satunya produsen LDMOS antara tahun 1977 dan 1983, dan selama periode ini LDMOS digunakan dalam amplifier daya audio dari produsen seperti HH Electronics (seri V) dan Ashly Audio, serta untuk musik dan sistem alamat publik. Amplifier kelas-D menjadi sukses pada pertengahan 1980-an ketika MOSFET dengan kecepatan peralihan cepat dan biaya rendah tersedia. Banyak amplifier transistor menggunakan perangkat MOSFET di bagian daya, karena kurva distorsi mereka lebih mirip dengan suara tabung.

Pada 2010-an, masih ada penggemar audio, musisi (terutama pemain gitar listrik, bass listrik, pemain organ Hammond, dan pemain piano listrik Fender Rhodes, serta lainnya), insinyur audio, dan produser musik yang lebih memilih amplifier berbasis tabung karena dianggap memiliki suara tabung yang "lebih hangat".

Parameter desain

Parameter desain utama untuk amplifier daya audio meliputi respons frekuensi, penguatan, derau, dan distorsi. Parameter ini saling bergantung; meningkatkan penguatan sering kali menyebabkan peningkatan derau dan distorsi yang tidak diinginkan. Meskipun umpan balik negatif mengurangi penguatan, ini juga mengurangi distorsi. Sebagian besar amplifier audio adalah amplifier linier yang beroperasi di kelas AB.

Hingga 1970-an, sebagian besar amplifier menggunakan tabung vakum. Pada 1970-an, amplifier berbasis transistor mulai menggantikan amplifier tabung karena lebih ringan, lebih andal, dan perawatannya lebih rendah. Namun demikian, pra-amplifier tabung masih dijual di pasar khusus, seperti untuk penggemar hi-fi, insinyur audio, dan produser musik (yang menggunakan pra-amplifier tabung dalam rekaman studio untuk "menghangatkan" sinyal mikrofon) serta gitaris listrik, bassist listrik, dan pemain organ Hammond, yang sebagian kecilnya terus menggunakan pra-amplifier tabung, amplifier daya tabung, dan unit efek tabung. Meskipun penggemar hi-fi dan insinyur audio yang bekerja dengan suara langsung atau memantau trek di studio biasanya mencari amplifier dengan distorsi terendah, pemain alat musik listrik dalam genre seperti blues, musik rock, dan musik heavy metal, di antara lainnya, menggunakan amplifier tabung karena mereka menyukai overdrive alami yang dihasilkan amplifier tabung saat didorong keras.

Amplifier kelas-D, yang jauh lebih efisien daripada amplifier kelas AB, kini banyak digunakan dalam produk audio elektronik konsumen, amplifier bass, dan peralatan sistem penguatan suara, karena amplifier kelas-D jauh lebih ringan dan menghasilkan lebih sedikit panas, meskipun dapat memperkenalkan beberapa derau.

Tahap Keluaran Daya

Tahap penguatan terakhir setelah pra-amplifier adalah tahap keluaran, di mana tuntutan tertinggi diberikan pada transistor atau tabung. Oleh karena itu, pilihan desain seputar perangkat keluaran (untuk tahap keluaran ujung tunggal, seperti pada amplifier triode ujung tunggal) atau perangkat (untuk tahap keluaran dorong-tarik), seperti kelas operasi dari perangkat keluaran, sering kali dianggap sebagai deskripsi keseluruhan amplifier daya. Misalnya, amplifier kelas-B kemungkinan hanya memiliki perangkat keluaran daya tinggi yang beroperasi pada kondisi cut-off selama setengah siklus, sementara perangkat lain (seperti amplifier diferensial, amplifier tegangan, dan bahkan mungkin transistor penggerak) beroperasi pada kelas A. Dalam tahap keluaran tanpa transformator keluaran, perangkat-perangkat tersebut pada dasarnya tersusun secara seri dengan catu daya dan beban keluaran (seperti pengeras suara), mungkin melalui beberapa kapasitor besar dan/atau resistansi kecil.

Perkembangan Lebih Lanjut
Selama beberapa tahun setelah diperkenalkannya amplifier solid-state, kualitas suara yang dirasakan tidak sebanding dengan kualitas audio terbaik dari amplifier tabung (lihat amplifier audio tabung). Hal ini membuat para audiophile percaya bahwa "suara tabung" atau suara tabung memiliki kualitas intrinsik karena teknologi tabung vakum itu sendiri. Pada tahun 1970, Matti Otala menerbitkan makalah tentang asal-usul bentuk distorsi yang sebelumnya tidak terdeteksi: distorsi intermodulasi transien (TIM), yang kemudian juga disebut distorsi akibat laju perubahan (SID) oleh pihak lain. Distorsi TIM ditemukan terjadi selama peningkatan tegangan keluaran amplifier yang sangat cepat.

Distorsi TIM tidak muncul pada pengukuran nada sinus keadaan stabil, yang membantu menyembunyikannya dari para insinyur desain sebelum tahun 1970. Masalah distorsi TIM berasal dari respons frekuensi loop terbuka yang berkurang pada amplifier solid-state. Karya lanjutan dari Otala dan penulis lain menemukan solusi untuk distorsi TIM, termasuk meningkatkan laju perubahan, mengurangi bandwidth frekuensi pra-amplifier, dan memasukkan sirkuit kompensasi lag pada tahap masukan amplifier.Diskusi tentang fitur desain praktis yang dapat memicu atau mengurangi pembatasan laju perubahan dan intermodulasi transien dalam amplifier audio juga dapat ditemukan, misalnya, dalam  Pada amplifier modern berkualitas tinggi, respons loop terbuka setidaknya 20 kHz, sehingga menghilangkan distorsi TIM.

Langkah berikutnya dalam desain lanjutan adalah Teorema Baxandall, yang diciptakan oleh Peter Baxandall di Inggris.Baxandall, Peter (Februari 1979) "Desain amplifier daya audio" , Majalah Wireless World Teorema ini memperkenalkan konsep membandingkan rasio antara distorsi masukan dan distorsi keluaran amplifier. Ide baru ini membantu insinyur desain audio untuk mengevaluasi proses distorsi dalam amplifier dengan lebih baik.

Aplikasi

Aplikasi penting meliputi sistem alamat publik, sistem penguatan suara teater dan konser, serta sistem domestik seperti stereo hi-fi atau sistem home-theatre. Amplifier alat musik termasuk amplifier gitar dan amplifier keyboard listrik juga menggunakan amplifier daya audio. Dalam beberapa kasus, amplifier daya untuk amplifier alat musik diintegrasikan ke dalam satu "kepala" amplifier yang berisi pra-amplifier, kontrol nada, dan efek elektronik. Komponen-komponen ini dapat dipasang dalam kabinet pengeras suara kayu untuk menciptakan "amplifier kombo". Musisi dengan kebutuhan performa unik dan/atau kebutuhan penguatan yang sangat kuat dapat membuat pengaturan khusus dengan pra-amplifier rak 19 inci, equalizer, dan amplifier daya yang dipasang dalam kotak jalan 19 inci.

Amplifier daya tersedia dalam unit mandiri, yang digunakan oleh penggemar audio hi-fi dan desainer sistem sistem alamat publik (PA) serta sistem penguatan suara. Pengguna hi-fi dari amplifier daya mungkin memiliki amplifier daya stereo untuk menggerakkan pengeras suara kiri dan kanan serta amplifier daya satu saluran (mono) untuk menggerakkan subwoofer. Jumlah amplifier daya yang digunakan dalam pengaturan penguatan suara tergantung pada ukuran tempat. Sebuah kedai kopi kecil mungkin hanya memiliki satu amplifier daya yang menggerakkan dua pengeras suara PA. Sebuah klub malam mungkin memiliki beberapa amplifier daya untuk pengeras suara utama, satu atau lebih amplifier daya untuk pengeras suara monitor (yang menghadap ke arah band) dan amplifier daya tambahan untuk subwoofer. Konser stadion mungkin memiliki sejumlah besar amplifier daya yang dipasang dalam rak. Sebagian besar produk suara elektronik konsumen, seperti TV, boom box, sistem suara home cinema, keyboard elektronik Casio dan Yamaha, "amplifier kombo" gitar, dan stereo mobil memiliki amplifier daya yang terintegrasi di dalam sasis produk utama.

Lihat juga
 Penguat FET

 Penguat OCL
 Keluaran Push–pull
 Trioda Single-ended
 Sirkuit pengatur Tone

Referensi