Audio Amplifier Output Power Limiter

Perkenalan

Jika Anda menyewa perlengkapan audio, atau hanya tidak ingin anak-anak meledakkan speaker Anda saat Anda tidak di rumah, ini adalah proyek yang tepat untuk Anda. Ini adalah proyek kecil yang sangat sederhana, namun akan melindungi speaker dari overdrive. Upaya apa pun untuk melakukan overdrive hanya akan mengurangi penguatan ampli - semakin banyak overdrive, semakin banyak sinyal input yang berkurang.

Ini adalah pembatas puncak sederhana - kinerjanya cukup baik, dan dapat digunakan dengan amplifier konvensional yang menggunakan transistor bipolar, MOSFET, katup, dll, serta amplifier BTL (Bridge Tied Load) di sistem audio mobil atau untuk hi-fi. Ini akan bekerja dengan amplifier apa pun mulai dari sekitar 10W hingga daya tertinggi yang mungkin Anda temui.

Deskripsi

Elemen kontrol penguatannya adalah Light Dependent Resistor (LDR). Ini diberkati dengan beberapa fitur yang sangat berguna untuk tujuan kita, salah satunya adalah distorsi rendah bahkan pada tingkat sinyal yang cukup tinggi. Karena diaktifkan dengan cahaya, yang kita perlukan hanyalah LED untuk memberikan penerangan ketika tingkat daya yang telah ditetapkan tercapai.

Setelah titik ini tercapai, peningkatan yang sangat kecil pada tegangan keluaran (dan daya) penguat akan menyebabkan LED memberikan lebih banyak cahaya, mengurangi nilai LDR, dan dengan demikian mengurangi tegangan masukan. Efeknya adalah menjaga levelnya lebih atau kurang konstan. Hal ini akan mencegah amplifier terpotong (walaupun sejumlah kecil transien tidak dapat dihindari), dan meningkatkan kenyaringan karena sinyal dikompresi.

Seluruh rangkaian dapat dibangun di dalam sasis amplifier, atau dapat di dalam kotak eksternal kecil - Untuk alasan yang jelas, saya menyarankan yang pertama, karena tidak dapat dikalahkan dengan mudah. Rangkaiannya sendiri sederhana, tetapi beberapa tindakan pencegahan harus diambil untuk memastikan bahwa sinyal keluaran penguat tidak digabungkan kembali ke masukan, karena hal ini akan menyebabkan osilasi.

Rakitan mekanis (pipa ringan) hanyalah sepotong batang plastik bening (misalnya Perspex atau sejenisnya). LDR direkatkan pada salah satu ujungnya dengan lem bening, dan LED dimasukkan ke dalam lubang yang dibor di ujung lainnya. Aluminium foil di sekitar tabung memberikan penghalang pelindung yang dibumikan, mencegah sinyal keluaran mencapai masukan penguat. Dua diperlukan untuk stereo.

Gambar 1 - Rakitan Pipa Ringan

Terlihat bahwa ini identik dengan pipa lampu yang digunakan pada kompresor gitar bass, hanya saja yang digunakan adalah LED sebagai pengganti bola lampu. Kita dapat menggunakan lampu filamen kecil di sini, namun responsnya terlalu lambat untuk rangkaian pelindung.

Setelah pipa ringan selesai dibuat, bungkus ujung LDR dengan aluminium foil, dan putar erat kawat telanjang di sekeliling foil untuk membuat kontak yang baik. Rekatkan rakitan dengan kuat agar tidak ada yang terlepas. Ini bertindak sebagai pelindung, dan dihubungkan ke sambungan bumi (ground) pada konektor input. Pastikan foil tidak menyebabkan hubungan arus pendek pada kabel LDR, atau Anda tidak akan mendapatkan sinyal sama sekali. Perhatikan bahwa salah satu kabel LDR akan tetap terhubung ke ground - tidak masalah yang mana.

Seluruh rangkaian harus terlindung dari cahaya. Saya akan menyerahkan metode pastinya kepada masing-masing konstruktor, tetapi Anda dapat mempertimbangkan tabung heatshrink, kaleng film hitam 35mm, atau apa pun yang tahan cahaya. Jika terbuat dari logam, maka harus dibumikan bersama dengan pelindung di sekitar pipa lampu - pastikan kabel LED diisolasi dengan baik - hubungan pendek ke bumi dapat merusak ampli, dan hampir pasti akan menimbulkan sesuatu yang tidak menyenangkan dan/atau tidak diinginkan.

Gambar 2 menunjukkan rangkaian unit. Sebuah resistor 10k dipilih untuk input, dan meskipun ini lebih rendah dari yang saya inginkan, banyak power amp memiliki impedansi input yang relatif rendah dan terlalu banyak sinyal yang akan hilang. LDR hanya menyalurkan sinyal ke bumi saat menyala. Satu unit harus mengontrol kedua saluran power amp seperti yang ditunjukkan. Jika hanya satu saluran yang diperlukan, hapus komponen untuk "Kanan", termasuk pipa lampu terkait. Gunakan rangkaian masukan yang ditunjukkan pada Gambar 3 untuk meningkatkan pembatasan dengan menggunakan resistansi masukan yang lebih tinggi.

Gambar 2 - Rangkaian Limiter Lengkap

Nilai R3 harus dipilih berdasarkan daya penguat. Untuk ampli 100W, nilai 1,8k sudah cukup, tetapi mungkin diperlukan sedikit eksperimen. Sebagai panduan kasar, tabel di bawah ini akan membantu, dan kemungkinan besar nilai dari tabel tersebut akan OK. Idenya adalah untuk membatasi arus yang melalui LED hingga maksimum yang masuk akal.

Amp Power	R3
20W	820 R / 0.5W
50W	1.5k / 1W
100W	1.8k / 1W
200W	2.7k / 2W
500W	4.7k / 2W
Table 1

Daya amplifier pada Tabel 1 untuk beban 8 Ohm. Semua dioda adalah 1N4004 atau serupa. Nilai tegangan pada tutupnya harus 63V, dan R2-L serta R2-R harus memiliki nilai minimal 1W. VR1 harus menjadi trimpot multi-putaran. LED dengan kecerahan tinggi akan meningkatkan sensitivitas dan direkomendasikan (tetapi tidak penting).

Arus LED diatur pada maksimum sekitar 20mA oleh R3, namun hal ini tidak boleh dicapai lebih dari beberapa milidetik - jika itu. Dalam kebanyakan kasus, arus LED akan menjadi nol, dan arus LED hanya akan cukup untuk mengurangi resistensi LDR secukupnya untuk menurunkan sinyal input ampli guna mempertahankan tingkat daya maksimum yang telah ditetapkan.

Transistor mungkin memerlukan heatsink, tetapi jika demikian, ini hanya perlu urusan tipe flag sederhana bahkan untuk ampli yang paling kuat sekalipun. Ingatlah untuk memeriksa bahwa transistor dan heatsink tidak terlalu panas saat Anda menguji pengoperasian rangkaian. Jika Anda tidak bisa terus menyentuh transistor, berarti terlalu panas!

Polaritas koneksi ke output power amp tidak menjadi masalah (tetapi lihat Catatan 1 di atas), karena penyearah jembatan digunakan. Sangat sedikit arus yang diambil dari keluaran power amp, dan keseluruhan rangkaian bersifat self limiting, sehingga tidak kritis. Setelah selesai, naikkan volume hingga Anda merasa suaranya sekeras amplifier yang Anda inginkan, dan sesuaikan trimpot hingga LED eksternal berkedip. Gunakan trimpot multi-putaran, karena pengaturannya cukup sensitif. Hal ini dapat dibuat lebih sedikit, tetapi dengan mengorbankan fleksibilitas sirkuit.

Sekarang, jika Anda mencoba menggerakkan amplifier lebih keras, LED eksternal menunjukkan bahwa sirkuit berfungsi, dengan berkedip lebih terang, tetapi volumenya harus tetap stabil. Ini dapat diperiksa dengan osiloskop (idealnya), tetapi jika tidak, cukup atur dengan telinga. Semakin banyak sinyal yang dimasukkan ke ampli, suara mungkin terdengar lebih keras, tetapi ini hanya karena sinyal input sedang dikompresi.

Salah satu manfaat besar sirkuit ini adalah tidak mengganggu bahkan untuk aplikasi hi-fi. Karena amplifier tidak boleh digerakkan secara ekstrim, rangkaian tidak akan pernah beroperasi, jadi tidak ada yang hilang. Pada saat "seseorang" menaikkan volume terlalu jauh, pembatas akan melakukan tugasnya, melindungi peralatan berharga Anda yang lain. Anda mungkin ingin memberi label LED indikator batas eksternal sebagai "Kelebihan beban" atau yang serupa. Ini akan menakuti pengguna yang pemalu (orang lain tentu saja akan mengabaikannya sepenuhnya).

Update

Sirkuit telah diubah untuk menggunakan C2, karena saya menemukan bahwa dengan LDR cepat, distorsi pada frekuensi rendah menjadi berlebihan. Sambungan ke basis transistor juga diubah untuk meningkatkan penguatan rangkaian dan memberikan tindakan pembatas yang lebih baik. Ini termasuk pengurangan R4 dari nilai aslinya menjadi 10k. Dengan pengaturan ini, saya dapat mengatur pembatas pada ampli 100W menjadi sekitar 80W, dan dapat menggerakkan hingga 10V RMS ke ampli tanpa terpotong.

Saya juga menemukan bahwa peringkat daya resistor mungkin berada di atas. Saya menggunakan resistor 0,25W, tidak ada heatsink dan tidak ada yang menjadi sedikit hangat.... namun, saya menyarankan agar peringkat daya pada R3 menjadi 1W, karena ada kemungkinan bahwa dengan LDR yang kurang sensitif (atau LED standar) daya rata-rata akan meningkatkan. Kendarai amplifier dengan kuat, dan pastikan transistor tidak menjadi panas. Jika ya, diperlukan heatsink.

LDR yang saya gunakan adalah unit terenkapsulasi dengan LED kecerahan tinggi yang tidak terpisahkan, dan sangat sensitif. Ini sangat sulit didapat (dibuat di AS oleh perusahaan bernama Vactrol) karena tidak tersedia di pemasok mana pun. Kecuali Anda membutuhkan 100 atau lebih, Anda akan menghadapi pertempuran yang sulit! Akibatnya, Anda dibatasi dalam menggunakan light pipe saya, dan ini akan menjadi kurang efisien.

Bagi mereka yang tidak keberatan dengan sedikit kerja ekstra, Anda dapat menggunakan buffer opamp setelah rangkaian untuk menggerakkan input amp. Hal ini akan memungkinkan R1 menjadi nilai yang lebih tinggi, yang akan meningkatkan tindakan pembatas unit, namun tidak akan mengurangi sensitivitas amp. Jika Anda memutuskan ini, buatlah R1 (Kiri dan Kanan) 47k, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3 - Menggunakan Buffer Untuk Meningkatkan Sensitivitas

Opamps bisa menjadi apa pun yang Anda inginkan. Karena mereka hanya bertindak sebagai buffer, bahkan opamp ganda 1458 yang rendah akan cukup memadai untuk pekerjaan PA. Untuk hi-fi Anda mungkin ingin menggunakan sesuatu yang sedikit lebih baik, seperti perangkat TL072 atau OPA2604.

Oleh : Rod Elliott (ESP)