Power Amplifier Pengertian, Jenis dan Pengaplikasiannya.
Artikel ini akan menjelaskan tentang Power Amplifier. Power Amplifier digunakan dalam berbagai aplikasi audio, komunikasi radio, peralatan medis (MRI), dan lain-lain. Kita akan mempelajari apa itu power amplifier, jenis-jenis power amplifier yang berbeda, kelas-kelas power amplifier, dan beberapa contoh aplikasinya.
Amplifier adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk meningkatkan besaran tegangan/arus/daya sinyal masukan. Perangkat ini mengambil sinyal/ombak elektrik yang lemah dan menghasilkan sinyal yang lebih kuat dengan magnitudo yang serupa pada keluaran dengan menggunakan sumber daya eksternal.
Berdasarkan perubahan yang diberikan pada sinyal masukan, amplifier dapat diklasifikasikan secara luas menjadi amplifier arus, amplifier tegangan, dan power amplifier. Dalam artikel ini, kita akan mempelajari power amplifier secara detail. Untuk informasi lebih lanjut mengenai jenis-jenis amplifier yang berbeda:
Apa itu Power Amplifier?
Power Amplifier adalah amplifier elektronik yang dirancang untuk meningkatkan besaran daya dari sinyal masukan yang diberikan. Daya sinyal masukan ditingkatkan hingga tingkat yang cukup tinggi untuk menggerakkan beban perangkat keluaran seperti speaker, headphone, pemancar RF, dan lain-lain. Berbeda dengan amplifier tegangan/arus, amplifier daya dirancang untuk menggerakkan beban secara langsung dan digunakan sebagai blok terakhir dalam rantai amplifier.
Sinyal masukan ke power amplifier perlu memiliki ambang batas tertentu. Oleh karena itu, daripada langsung melewatkan sinyal audio/RF mentah ke power amplifier, sinyal tersebut terlebih dahulu di-pre-amplifikasi menggunakan amplifier arus/tegangan dan dikirimkan sebagai masukan ke power amplifier setelah melakukan modifikasi yang diperlukan. Anda dapat melihat diagram blok dari power amplifier audio dan penggunaan power amplifier di bawah ini.
 |
| Diadram Power Amplifier |
Dalam hal ini, mikrofon digunakan sebagai sumber masukan. Besaran sinyal dari mikrofon tidak cukup untuk amplifier daya. Oleh karena itu, sinyal tersebut di-pre-amplifikasi terlebih dahulu, di mana tegangan dan arusnya sedikit ditingkatkan. Kemudian sinyal tersebut melewati rangkaian kontrol nada dan volume, yang melakukan penyesuaian estetika pada bentuk gelombang audio. Akhirnya, sinyal tersebut melewati power amplifier dan keluaran dari amplifier daya tersebut diteruskan ke speaker.
Jenis-jenis Power Amplifier
Berdasarkan jenis perangkat output yang terhubung, penguat daya dapat dibagi menjadi tiga jenis berikut:
Jenis penguat daya ini digunakan untuk meningkatkan magnitudo daya sinyal audio yang lemah. Penguat yang digunakan dalam rangkaian penggerak speaker televisi, telepon seluler, dan sejenisnya masuk dalam kategori ini.
Output dari penguat daya audio berkisar dari beberapa miliwatt (seperti pada penguat headphone) hingga ribuan watt (seperti pada penguat daya dalam sistem Hi-Fi/Home theater).
- Penguat Daya Radio Frekuensi
Transmisi nirkabel memerlukan gelombang termodulasi untuk dikirimkan melalui udara dalam jarak yang jauh. Sinyal tersebut ditransmisikan menggunakan antena, dan jangkauan transmisi tergantung pada magnitudo daya sinyal yang disalurkan ke antena.
Untuk transmisi nirkabel seperti penyiaran FM, antena memerlukan sinyal input pada magnitudo daya ribuan kilowatt. Di sinilah penguat daya radio frekuensi digunakan untuk meningkatkan magnitudo daya gelombang termodulasi hingga level yang cukup tinggi untuk mencapai jarak transmisi yang dibutuhkan.
Penguat daya DC digunakan untuk memperkuat daya sinyal PWM (Pulse Width Modulated). Mereka digunakan dalam sistem kontrol elektronik yang membutuhkan sinyal daya tinggi untuk menggerakkan motor atau aktuator. Penguat ini menerima input dari sistem mikrokontroler, memperkuat dayanya, dan menyampaikan sinyal yang diperkuat ke motor DC atau aktuator.
Kelas Power Amplifier
Ada beberapa cara untuk merancang rangkaian Power Amplifier. Operasi dan karakteristik keluaran dari setiap konfigurasi rangkaian berbeda satu sama lain.
Untuk membedakan karakteristik dan perilaku dari berbagai rangkaian power amplifier, digunakan Kelas Power Amplifier di mana simbol huruf ditetapkan untuk mengidentifikasi metode operasinya.
Mereka secara umum diklasifikasikan menjadi dua kategori. Power Amplifier yang dirancang untuk menguatkan sinyal analog termasuk dalam kategori A, B, AB, atau C. Power Amplifier yang dirancang untuk menguatkan sinyal digital modulasi Lebar Pulsa (PWM) termasuk dalam kategori D, E, F, dll.
Power Amplifier yang paling umum digunakan adalah yang digunakan dalam rangkaian penguat audio dan termasuk dalam kelas A, B, AB, atau C. Jadi, mari kita bahas secara detail.
1. Power Amplifier Klas A
 |
| Power Amplifier Class A |
Bentuk gelombang analog terdiri dari puncak positif dan rendah negatif. Dalam kelas penguat ini, seluruh bentuk gelombang masukan digunakan dalam proses penguatan.
Satu transistor digunakan untuk menguatkan setengah positif dan setengah negatif dari bentuk gelombang. Ini membuat desainnya sederhana dan membuat penguat kelas A menjadi jenis penguat daya yang paling umum digunakan. Meskipun kelas penguat daya ini sudah digantikan oleh desain yang lebih baik, tetapi masih populer di kalangan penggemar elektronik.
Dalam kelas penguat ini, elemen aktif (komponen elektronik yang digunakan untuk penguatan, yaitu transistor dalam kasus ini) digunakan setiap saat bahkan jika tidak ada sinyal masukan. Ini menghasilkan banyak panas dan mengurangi efisiensi penguat kelas A menjadi 25% dalam konfigurasi normal dan 50% dalam konfigurasi menggunakan transformator.
Sudut konduksi (bagian gelombang yang digunakan untuk penguatan, dari 360°) untuk penguat kelas A adalah 360°. Sehingga tingkat distorsi sinyal sangat rendah, memungkinkan kinerja frekuensi tinggi yang lebih baik.
2. Power Amplifier Kelas B
 |
| Power Amplifier Class B |
Power amplifier kelas B dirancang untuk mengurangi masalah efisiensi dan pemanasan yang ada pada penguat kelas A. Daripada menggunakan satu transistor untuk memperkuat seluruh gelombang, kelas penguat ini menggunakan dua transistor komplementer.
Satu transistor memperkuat setengah positif gelombang dan transistor lainnya memperkuat setengah negatif gelombang. Jadi, setiap perangkat aktif menghantarkan selama setengah (180°) dari gelombang dan dua di antaranya, saat digabungkan, memperkuat seluruh sinyal.
Efisiensi penguat kelas B jauh lebih baik daripada penguat kelas A karena menggunakan dua transistor. Mereka dapat mencapai efisiensi teoretis sekitar 75%. Penguat daya kelas B digunakan dalam perangkat bertenaga baterai seperti radio FM dan radio transistor.
Namun, karena adanya penumpang tumpang tindih dua setengah gelombang, terdapat distorsi kecil di wilayah peralihan. Untuk mengurangi distorsi sinyal ini, dirancang penguat kelas AB.
3. Power Amplifier Kelas AB
 |
| Power Amplifier Class AB |
Power Amplifier kelas AB merupakan kombinasi dari penguat kelas A dan penguat kelas B. Kelas penguat ini dirancang untuk mengatasi masalah efisiensi yang rendah pada penguat kelas A dan distorsi sinyal pada daerah peralihan pada penguat kelas B.
Penguat ini menjaga respons frekuensi tinggi seperti pada penguat kelas A dan efisiensi yang baik seperti pada penguat kelas B. Gabungan dioda dan resistor digunakan untuk memberikan tegangan bias kecil yang mengurangi distorsi bentuk gelombang dekat daerah peralihan. Efisiensi penguat ini mengalami penurunan sedikit (sekitar 60%) karena hal ini.
3. Power Amplifier Kelas C
 |
| Power Amplifier Class C |
Desain penguat daya kelas C memungkinkan efisiensi yang lebih tinggi namun mengurangi linieritas/sudut konduksi yang berada di bawah 90°. Dengan kata lain, penguat ini mengorbankan kualitas penguatan untuk meningkatkan efisiensi.
Sudut konduksi yang lebih kecil menyebabkan distorsi yang lebih besar, sehingga penguat kelas ini tidak cocok untuk penguatan audio. Penguat jenis ini digunakan dalam osilator frekuensi tinggi dan penguatan sinyal frekuensi radio.
Power kelas C umumnya memiliki beban yang disesuaikan yang menyaring dan memperkuat sinyal masukan pada frekuensi tertentu, sedangkan gelombang lainnya ditahan.
Dalam jenis penguat daya ini, elemen aktif menghantarkan hanya ketika tegangan masukan melebihi ambang tertentu, yang mengurangi pemborosan daya dan meningkatkan efisiensi.
Kelas Power Amplifier Lainnya
Kelas power amplifier D, E, F, G, dll. digunakan untuk memperkuat sinyal digital yang dimodulasi PWM. Mereka termasuk dalam kategori penguat daya saklar dan mengubah keluaran menjadi selalu ON atau selalu OFF tanpa ada tingkat lain di antaranya.
Karena kesederhanaan ini, penguat daya yang termasuk dalam kelas-kelas yang disebutkan di atas dapat mencapai efisiensi teoritis hingga (90-100)%.
Kelas Power Amplifier Alternatif
Power Amplifier tersedia dalam berbagai kelas seperti D, E, F, dan G, yang dirancang khusus untuk menguatkan sinyal digital termodulasi PWM. Kelas penguat ini termasuk dalam kategori penguat daya switching, yang berfungsi dengan beralih secara cepat antara dua keadaan: sepenuhnya HIDUP atau sepenuhnya MATI, tanpa ada tingkatan di antaranya.
Operasi yang sederhana ini memungkinkan penguat daya dalam kelas-kelas ini mencapai efisiensi teoretis yang luar biasa, mencapai hingga 90-100%.
Berbagai Sektor yang Menggunakan Power Amplifier
Power Amplifier digunakan dalam berbagai sektor, untuk berbagai tujuan:
1. Elektronik Konsumen: Power Amplifier audio memainkan peran penting dalam banyak perangkat elektronik konsumen, termasuk oven mikro, driver headphone, televisi, telepon genggam, sistem home theater, serta sistem penguatan teater dan konser.
2. Industri: Power Amplifier switching umumnya digunakan dalam lingkungan industri untuk mengontrol berbagai sistem aktuator, seperti servo dan motor DC. Penguat daya ini berkontribusi pada operasi yang presisi dan efisien dari mesin industri.
3. Komunikasi Nirkabel: Power Amplifier berdaya tinggi memainkan peran penting dalam transmisi sinyal seluler dan penyiaran FM kepada pengguna akhir. Dengan memungkinkan level daya yang lebih tinggi, penguat daya meningkatkan kecepatan transfer data dan penggunaan secara keseluruhan. Selain itu, mereka digunakan dalam peralatan komunikasi satelit.
Kesimpulan
Artikel ini memberikan gambaran singkat tentang power amplifier. Anda memperoleh pemahaman tentang definisi penguat daya, signifikansinya, berbagai jenis dan kelas, serta beberapa aplikasi utama di berbagai sektor.
