Kita biasanya menganggap amplifier sebagai rak peralatan yang besar atau pedal gitar, tapi itu hanyalah puncak gunung es. Amplifier ada dimana-mana. Mereka ada di dalam televisi Anda. Mereka ada di PC desktop Anda. Mereka ada di pemutar CD portabel yang sudah bertahun-tahun tidak Anda sentuh. Perangkat apa pun yang memiliki speaker memerlukannya.
Suara itu sendiri adalah fisika sederhana. Sebuah benda bergetar. Ini mendorong molekul udara. Molekul-molekul itu mendorong tetangganya. Gelombang itu bergerak. Telinga Anda menangkap perubahan tekanan dan mengirimkan pesan listrik ke otak Anda.
Perlengkapan elektronik meniru proses ini. Ini mengubah suara menjadi listrik dan kembali lagi. Alur kerjanya standar di hampir semua perangkat keras audio:
- Diafragma mikrofon bergerak bersama gelombang suara, menghasilkan sinyal listrik yang lemah. Sinyal ini mencerminkan kompresi dan penghalusan udara.
- Alat perekam menyimpan sinyal tersebut. Pikirkan pita magnetik atau alur vinil.
- Perangkat pemutaran membaca media penyimpanan dan mengubahnya kembali menjadi listrik.
- Listrik ini mendorong kerucut speaker, menciptakan kembali gelombang tekanan udara asli.
Setiap komponen di sini adalah penerjemah. Masukan menjadi keluaran. Rantai bersih sampai Anda mencapai langkah terakhir.
Masalah Listrik
Mikrofon harus sensitif. Mereka harus menangkap perubahan tekanan yang halus. Itu berarti diafragmanya tipis. Ia bergerak dalam jarak yang sangat kecil. Hasilnya? Arus listrik yang sangat kecil.
Sinyal kecil bagus untuk direkam. Mereka bepergian dengan mudah melalui kabel. Mereka mudah disimpan. Tapi mereka tidak berguna untuk pembicara. Anda tidak dapat memindahkan kerucut speaker yang berat dengan sinyal yang lemah. Anda membutuhkan lebih banyak arus. Anda perlu meningkatkan kekuatan tanpa mengubah bentuk gelombang.
Inilah yang dilakukan oleh penguat. Dibutuhkan sinyal lemah dan membuatnya lebih kuat. Ini mempertahankan pola fluktuasi muatan sekaligus meningkatkan kekuatan keseluruhan. Outputnya cocok dengan inputnya, hanya saja lebih keras.
Untuk memahami cara mencapai hal ini, Anda harus melihat ke dalam kotak. Ini bukan sihir. Itu adalah silikon.
Komponen Inti
Inti dari hampir setiap amplifier adalah transistor. Ini adalah saklar kecil yang terbuat dari semikonduktor, biasanya silikon. Bahan tersebut dimodifikasi melalui proses yang disebut doping. Ini mengubah cara elektron bergerak melaluinya.
Transistor tipikal memiliki struktur tiga lapis. Ini mencampur semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Pengaturan ini memungkinkannya untuk mengontrol aliran arus listrik. Transistor menciptakan jalur aliran muatan listrik. Ini memanipulasi zona elektron bebas dan lubang untuk meningkatkan sinyal.
Kompleksitas amplifier modern bisa sangat besar. Ada ratusan potongan kecil. Kapasitor. Resistor. Induktor. Tapi logikanya tunggal. Anda memerlukan perangkat yang dapat menerima masukan kecil dan mengontrol keluaran besar. Transistor adalah perangkat itu.
Mengapa Itu Penting
Tanpa dorongan ini, sistem audio Anda akan mati. Mikrofon menangkap suara. Sinyal dikirim ke perekam. Perekam menyimpannya. Namun jika Anda mencoba memutar sinyal yang tersimpan itu langsung ke speaker, Anda tidak akan mendengar apa pun. Atau mungkin bisikan samar. Energinya tidak cukup untuk menggerakkan kerucut.
Penguat menyelesaikan masalah ini dengan bertindak sebagai katup. Arus kecil mengontrol arus yang lebih besar. Polanya tetap sama. Volumenya berubah. Inilah sebabnya mengapa sistem stereo Anda dapat memenuhi ruangan. Inilah sebabnya mengapa ponsel Anda dapat memproyeksikan suara dengan jelas.
Ilmunya sangat jelas. Implementasinya bervariasi. Tapi tujuannya selalu sama. Ambil sinyal yang lemah. Jadikan itu kuat. Jaga agar tetap benar.
Kami akan mendalami lebih dalam jenis-jenis transistor tertentu dan cara penyusunannya dalam rangkaian. Namun prinsip dasarnya tetap berlaku. Anda menggunakan listrik untuk mengendalikan listrik.
Cara Kerja Amplifier Sebenarnya
Kebanyakan orang mengira amplifier hanya menaikkan volume. Logikanya sederhana: sinyal lemah masuk, sinyal keras keluar. Namun di dalam sasis, kenyataannya jauh lebih kompleks. Faktanya adalah amplifier tidak benar-benar memperkuat sinyal input. Ia menggunakan masukan sebagai cetak biru untuk menghasilkan sinyal keluaran yang benar-benar baru.
Bayangkan ini sebagai dua dunia listrik terpisah yang bertabrakan.
Sirkuit keluaran adalah tempat terjadinya pengangkatan berat. Ini sepenuhnya didukung oleh catu daya amplifier, mengambil energi dari stopkontak atau baterai. Jika Anda tersambung ke stopkontak standar rumah tangga, Anda berhadapan dengan arus bolak-balik (AC). Arus terus berubah arah. Catu daya memperbaikinya, mengubahnya menjadi arus searah (DC). Ini juga memuluskan aliran listrik. Hasilnya adalah aliran energi yang merata dan tidak terputus. Energi ini menggerakkan kerucut speaker, yang merupakan beban sebenarnya dari sistem.
Sirkuit masukan adalah hal yang berbeda. Ini adalah sinyal audio mentah. Itu mungkin berasal dari mikrofon atau tape deck. Tugasnya bukan memberi daya pada speaker secara langsung. Tugasnya adalah memodifikasi rangkaian keluaran. Hal ini dilakukan dengan menerapkan resistensi yang bervariasi. Sinyal masukan memberi tahu catu daya dengan tepat bagaimana membentuk arus DC halus agar sesuai dengan fluktuasi tegangan suara aslinya.
Inilah masalahnya. Sinyal input mentahnya lemah. Ia tidak memiliki kekuatan untuk mengontrol rangkaian keluaran secara efektif. Bebannya terlalu berat.
Inilah mengapa Anda memerlukan pra-amplifier.
Pre-amp mengambil sinyal input yang lemah dan meningkatkannya. Ini mengirimkan sinyal yang lebih kuat dan lebih mudah diatur ke penguat daya. Power amp kemudian menggunakan perintah yang ditingkatkan ini untuk membentuk output yang sangat besar. Beberapa sistem menumpuk beberapa pra-amplifier untuk secara bertahap meningkatkan keluaran tegangan tinggi yang diperlukan untuk speaker besar.
Sinyal input tidak menggerakkan speaker. Ini memandu catu daya.
Jadi bagaimana semua ini bisa terjadi? Jika Anda membuka amplifier, Anda tidak akan menemukan satu pun transistor ajaib. Anda akan melihat kumpulan kabel dan komponen yang padat dan rumit. Ini bukan rekayasa berlebihan demi hal itu. Pengaturan rumit ini memastikan presisi.
Hi-fidelity bukan sekadar menghasilkan kebisingan. Ini tentang reproduksi yang akurat. Setiap nuansa rekaman asli perlu direpresentasikan dengan benar. Sirkuit ada untuk mempertahankan kendali itu. Tanpanya, Anda tidak akan mendapatkan kejelasan. Anda hanya mendapatkan volume.
Anda tidak perlu membedah setiap bagian amplifier untuk memahami dasar-dasarnya. Sebagian besar perangkat keras hanyalah staf pendukung. Sejumlah komponen melakukan pekerjaan berat. Kami akan menghilangkan kebisingan dan melihat desain minimal yang layak. Beginilah cara sinyal berpindah dari titik A ke titik B dengan volume lebih besar.
Jantung: Transistor dan Tabung
Inti dari setiap amplifier adalah perangkat aktif. Ini bertindak sebagai katup. Ini mengontrol aliran arus listrik.
Pada peralatan modern, Anda kebanyakan akan melihat transistor. Ini adalah perangkat solid-state. Mereka kecil, murah, dan tahan lama. Mereka memperkuat sinyal dengan menggunakan arus masukan kecil untuk mengontrol arus keluaran yang lebih besar. Anggap saja seperti keran. Putaran kecil kenop (input) memungkinkan sejumlah besar air (output) mengalir melaluinya.
Penggemar barang antik mungkin berpendapat tentang tabung vakum. Ini adalah teknologi yang lebih tua. Mereka membutuhkan panas. Mereka mengonsumsi lebih banyak daya. Tetapi banyak orang lebih menyukai “kehangatan” dari distorsi tabung. Fisikanya berbeda. Tabung mengandalkan katoda panas yang memancarkan elektron. Transistor mengandalkan fisika semikonduktor. Keduanya mencapai hasil akhir yang sama: membuat sinyal lebih besar.
Sumber Listrik
Penguat membutuhkan energi. Anda tidak bisa mendapatkan sesuatu dengan cuma-cuma. Catu daya menyediakan tegangan DC mentah. Energi inilah yang dimodulasi oleh sinyal Anda.
Saat Anda mencolokkan gitar atau instrumen Anda ke amplifier, Anda mengirimkan sinyal lemah ke sirkuit. Sinyal tersebut memberitahu perangkat aktif bagaimana membentuk daya yang masuk dari pasokan. Tanpa catu daya yang kuat, amplifier akan terpotong sebelum waktunya. Suaranya menjadi keruh. Anda kehilangan dinamika.
Catu daya yang lemah membatasi ruang kepala Anda. Catu daya yang kuat memungkinkan volume yang lebih bersih sebelum distorsi terjadi.
Tahap Masukan
Sinyal Anda masuk ke sini. Biasanya sangat samar. Pickup gitar mungkin hanya menghasilkan beberapa milivolt. Ini tidak cukup untuk menggerakkan udara di dalam kerucut speaker.
Tahap input memiliki dua pekerjaan. Pertama, cocok dengan impedansinya. Jika impedansi input terlalu rendah, sinyal dari instrumen Anda akan terkuras. Nadanya menjadi membosankan. Kedua, ini memberikan keuntungan awal. Ini meningkatkan sinyal ke tingkat yang dapat ditangani oleh tahap berikutnya.
Di sinilah impedansi masukan paling penting. Impedansi masukan yang tinggi (biasanya sekitar 1 megaohm) adalah ideal. Ini memastikan Anda tidak memuat pickup Anda. Jika Anda menggunakan pickup pasif, ini penting. Pickup aktif kurang sensitif, namun impedansi tinggi tetap mempertahankan frekuensi high-end.
Tahapan Kopling dan Penguatan
Setelah sinyal diperkuat, sinyal bergerak melalui kapasitor kopling. Komponen ini memblokir tegangan DC sekaligus membiarkan sinyal audio AC lewat. Ini melindungi speaker Anda dari kerusakan DC. Ini juga mengisolasi titik bias dari setiap tahap penguat.
Di antara tahapan, Anda mendapatkan keuntungan. Setiap tahap menambah volume. Tapi itu juga menambah kebisingan. Dan jika Anda menekannya terlalu keras, Anda akan mendapatkan distorsi. Hal ini sering disebut “overdrive” atau “kliping”.
- Tahap preamp membentuk nada. Mereka menambahkan karakter.
- Tahap power amp memberikan otot.
Dalam desain dasar, Anda mungkin hanya memiliki satu tahap penguatan. Dalam sistem hi-fi yang kompleks, Anda mungkin memiliki lusinan. Masing-masing
Komponen inti dari sebagian besar amplifier adalah transistor. Itu adalah pekerja keras.
Semikonduktor merupakan elemen utama. Bahan-bahan ini menghantarkan listrik, tetapi tidak terlalu baik kecuali Anda mengubahnya. Biasanya, Anda memulai dengan konduktor yang buruk seperti silikon. Kemudian Anda menambahkan kotoran. Proses ini disebut doping.
Silikon murni teratur. Atom terikat dengan sempurna. Tidak ada elektron bebas. Tidak ada arus yang mengalir. Doping mematahkan tatanan itu. Ia menambahkan atom yang melepaskan elektron bebas atau menciptakan lubang tempat elektron dapat berada. Muatan bergerak dengan mengisi lubang-lubang ini. Lebih banyak lubang atau lebih banyak elektron berarti konduktivitas yang lebih baik.
Ada dua tipe utama. Semikonduktor tipe-N memiliki elektron ekstra. Muatan negatif. Semikonduktor tipe-P memiliki lubang ekstra. Muatan positif.
Mari kita lihat amplifier yang dibangun berdasarkan transistor sambungan bipolar dasar. Struktur ini memiliki tiga lapisan. Lapisan tipe-p berada di antara dua lapisan tipe-n. Anggap saja sebagai sandwich.
Lapisan tipe-n pertama adalah emitor. Lapisan tengah tipe-p adalah dasar. Lapisan tipe-n kedua adalah kolektor.
Sirkuit keluaran terhubung ke emitor dan kolektor. Inilah yang mendorong pembicara. Rangkaian masukan terhubung ke emitor dan basis.
Elektron bebas pada lapisan tipe-n ingin mengisi lubang pada lapisan tipe-p. Jumlah elektron jauh lebih banyak dibandingkan lubang. Jadi lubangnya terisi dengan cepat.
Hal ini menciptakan zona penipisan di perbatasan. Materi kembali ke keadaan isolasi. Semua lubang terisi. Tidak ada elektron bebas. Tidak ada ruang kosong. Muatan tidak dapat mengalir.
Ketika zona penipisan tebal, arus hampir tidak bergerak dari emitor ke kolektor. Bahkan dengan perbedaan tegangan yang kuat.
Meningkatkan Tegangan
Anda dapat memperbaikinya dengan meningkatkan tegangan pada elektroda dasar.
Tegangan dasar dikendalikan oleh arus masukan. Ketika arus masukan mengalir, basis menjadi relatif positif. Ini menarik elektron dari emitor.
Ini membebaskan lubang. Zona deplesi menyusut.
Sekarang muatan dapat berpindah dengan mudah dari emitor ke kolektor. Transistor menjadi lebih konduktif.
Konduktivitas tergantung pada tegangan dasar. Fluktuasi arus masukan pada basis memvariasikan arus keluaran pada kolektor. Pembicara mendapat sinyal.
Satu transistor adalah satu “tahap”. Amplifier biasanya memiliki beberapa tahapan. Tahap terakhir menggerakkan pembicara.
Amplifier kecil, seperti pada speakerphone, mungkin menghasilkan setengah watt. Amplifier stereo rumah menghasilkan ratusan watt. Sistem konser menghasilkan ribuan watt.
Tujuannya adalah distorsi rendah. Outputnya harus meniru input. Bahkan setelah ditingkatkan.
Ini berfungsi lebih dari sekadar audio. Sinyal radio. Sinyal video. Segala sesuatu yang dibawa oleh arus listrik.
Amplifier audio mendapat perhatian paling besar. Penggemar peduli dengan peringkat daya, impedansi, dan fidelitas. Spesifikasi ini penting.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
Dapatkah Anda menggunakan amplifier dengan jenis speaker apa pun?
Anda dapat menggunakan sebagian besar, namun kompatibilitas bergantung pada keluaran daya amplifier vs. penanganan daya speaker. Ketidakcocokan dapat merusak peralatan.
Bagaimana pengaruh watt amplifier terhadap kualitas suara?
Watt yang lebih tinggi memungkinkan volume yang lebih tinggi tanpa distorsi. Ini meningkatkan kualitas suara pada volume keras.
