48

BBBBABABABAB IVIVIVIV

PENGUJIANPENGUJIANPENGUJIANPENGUJIAN PENGUATPENGUATPENGUATPENGUAT KELASKELASKELASKELAS DDDD TANPATANPATANPATANPA TAPISTAPISTAPISTAPIS LCLCLCLC

Bab ini akan menjelaskan pengujian dari penguat kelas D tanpa tapis LC yang

dibuat.Pengujian ini terdiri dari dua utama yaitupengujian untuk mengetahui kinerja

modulator dan pengujian untuk menentukan sejauh mana spesifikasi penguat kelas Dtanpa

tapis LC yang telah dibuat memenuhi target yang diinginkan.

Subbab 4.1 akanmenjelaskan pengujian kinerja modulator. Pada pengujian ini akan

diketahuitanggapan frekuensi darinoise transfer function (NTF) dan signal transfer function

(STF)hasil perancangan. Selain itu, akan dilakukan pengujian pula pada kestabilan

modulator yang dapat dilihat pada keterbatasan isyarat error keluaran dari tapis

.Selanjutnya, penulis akan menguji pembentukan spektral derauyang terjadi pada

bagian keluaran dari penguat kelas D yang telah dibuat.

Pada subbab 4.2 penulis akan menjelaskan pengujian kinerja penguat kelas D tanpa

tapis LC secara keseluruhan untuk mengetahui sejauh mana spesifikasi dari penguat kelas

D yang telah dibuat tercapai.

4.1.4.1.4.1.4.1. PPPPengujianengujianengujianengujian KKKKinerjainerjainerjainerja MMMModulatorodulatorodulatorodulator

Pada subbab 4.1.1akan menjelaskan mengenai pengujian tanggapan frekuensiNTF

dan STF yang telah dirancang. Pengujian ini bertujuan untuk melihat apakah tanggapan

frekuensi NTF dan STF telah sesuai dengan perancangan yang telah dilakukan.

Kemudian, pada subbab 4.1.2 penulis akan menjelaskan pengujian kestabilan dari

modulator untuk melihat apakah modulator yang telah dibuat stabil. Untuk menguji

kestabilan dari modulator yang dibuat, penulis akan melihatkeluaran dari tapis yaitu

isyarat error ( ). Jika modulator yang dibuat stabil isyarat error ( ) ini akan mempunyai

nilai yang terbatas (kurang dari tegangan catu daya yang digunakan).

Subbab 4.1 ini akan diakhiri oleh subbab 4.1.3 yang akan memperlihatkan

pengujian dari pembentukan spektral derau pada bagian keluaran penguat kelas D yang

telah penulis rancang untuk mengetahui apakah spektral derau pada keluaran penguat telah

sesuai dengan yang diharapkan atau tidak.

49

4.1.1.4.1.1.4.1.1.4.1.1. PengujianPengujianPengujianPengujian TanggapanTanggapanTanggapanTanggapan FrekuensiNFrekuensiNFrekuensiNFrekuensiNTFTFTFTF dandandandan SSSSTFTFTFTF

Bab 4.1.1 ini akan terbagi menjadi dua pengujian yaitu pengujian NTF yang akan

dijelaskan pada subbab 4.1.1.1 dan pengujian STF yang akan dijelaskan pada subbab

4.1.1.2.

4.1.1.4.1.1.4.1.1.4.1.1.1.1.1.1. PengujianPengujianPengujianPengujian TanggapanTanggapanTanggapanTanggapan FrekuensiFrekuensiFrekuensiFrekuensi NTFNTFNTFNTF

Pengujian ini untuk melihat apakah tanggapan frekuensi dari NTF yang telah

direalisasikan sesuai dengan perancangan yang telah dilakukan.Pada perancangan, NTF

mempunyai tanggapan frekuensi lolos atas dengan frekuensi penggal ada pada 40 kHz.

Diagram kotak dari pengujian tanggapan NTF ini dapat dilihat pada Gambar 4.1 di

bawah ini dengan W(s) merupakan tapis W(s) yang telah direalisasikan dengan rangkaian

RC-Opamp seperti yang telah penulis jelaskan pada bagian perancangan.

Gambar 4.1. GambaranPengujianTanggapan Frekuensi NTF.

Pengukuran dari tanggapan frekuensi NTF dilakukan dengan prosedur sebagai

berikut,

1. Susun tapis W(s) sesuai dengan Gambar 4.1.

2. Ukur besarnya tegangan isyarat masukan yang berasal dari function generator

(U1). Pada pengukuran ini diberikan tegangan isyarat masukan sinus U1 sebesar

1 Vp.

3. Variasikan frekuensi isyarat U1 secara bertahap dengan besarnya amplitude

isyarat U1 dijaga tetap konstan. Ukur besarnya amplitudo isyarat keluaran (U2)

dengan osiloskop pada setiap frekuensi. Besarnya frekuensi yang diberikan dari

20 Hz – 40 kHz.

50

4. Perbandingan tegangan keluaran U2 dengan tegangan isyarat masukan U1 pada

setiap frekuensi diekspresikan dalam decibels yaitu .

5. Gambar hasil perbandingan dalam decibels dalam fungsi frekuensi.

Dengan metode di atas diperoleh hasil pengukuran tanggapan frekuensi NTF yang

dapat dilihat pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2. Hasil Pengujian TanggapanFrekuensi NTF.

Gambar 4.2 menunjukkan grafik tanggapan frekuensi NTF yang dirancang.Dari

gambar di atas dapat dilihat frekuensi penggal dari NTF ada pada frekuensi 34 kHz.Nilai

frekuensi penggal meleset dari nilai yang diharapkan yaitu 40 kHz.Hal ini dapat dianalisa

karena penguatan yang terjadi pada komponen integrator pada tapis mempunyai

penguatan yang sangat besar ( hingga ) dan berpengaruh pada lebar pitadari

rangkaian Opamp yang digunakan. Penguatan yang besar akan menyebabkan berkurangnya

lebar pita pada tiap rangkaian integrator yang digunakan.

4.1.4.1.4.1.4.1.1.21.21.21.2.... PengujianPengujianPengujianPengujian TanggapanTanggapanTanggapanTanggapan FrekuensiFrekuensiFrekuensiFrekuensi STFSTFSTFSTF

Pengujian ini dilakukan untuk melihat tanggapan frekuensi STFyang telah

direalisasikan sesuai dengan perancangan yang telah dilakukan. STF diharapkan

51

mempunyai penguatan yang rata pada frekuensi 20 – 20 kHz karena STF akan menentukan

tanggapan frekuensi dari keseluruhan penguat kelas D yang dirancang.

Diagram kotak dari pengujian tanggapan STF ini dapat dilihat pada Gambar 4.3 di

bawah ini

Gambar 4.3. GambaranPengujianTanggapan FrekuensiSTF.

Pada pengujian STF akan digunakan alat bantu berupa perangkat lunak SpectraLAB.

Hal ini dapat dilakukan karena frekuensi pengukuran hanya pada rentang frekuensi 20 Hz –

20 kHz saja sehingga dapat digunakan alat bantu perangkat lunak pada komputer/PC (kartu

suara komputer dapat menjangkau frekuensi ini).

Langkah-langkah pengujian denganperangkat lunak SpectraLAB adalah sebagai

berikut :

1. Menghubungkan kanal kiri keluaran kartu bunyi dengan kanal masukan

rangkaian yang akan diuji dan keluaran rangkaian uji dengan masukan kanal kiri

kartu bunyi. Sedangkan kanal kanan keluaran kartu bunyi akan dihubungkan

dengan kanal kanan masukan kartu bunyi (kanal kanan kartu bunyi di-loopback).

Kanal kiri keluaran kartu bunyi digunakan sebagai masukan ke rangkaian uji

sedangkan kanal kanan keluaran kartu bunyi digunakan sebagai isyarat acuan.

Keluaran darirangkaian uji dimasukkan ke kanal kiri masukan kartu bunyi dan

dibagi dengan isyarat acuan pada kanal kanan masukan kartu bunyi yang

besarnya sama dengan isyarat masukan ke rangkaian uji untuk mencari

52

tanggapan frekuensi rangkaian uji. Pembagian ini dilakukan dalam ranah

frekuensi.

2. Mengatur pengaturan perangkat lunak SpectraLab dengan pengaturan sebagai

berikut.

- Ragam : real time

- FFT : 4096

- Averaging : infinite

- Peak hold : off

- Smoothing window : Hanning

- Dual channel spectral processing : real transfer function left/ right

- Amplitudo scalling : logaritmic

- Spectral weighting : flat

3. Mengaktifkan derau putih dan merekam kedua masukan pada jalur masukan

kartu bunyi (isyarat acuan dan keluaran penguat daya audio).

4. Menampilkan hasil pengujian dalam bentuk grafik magnitudo tanggapan

frekuensi rangkaian uji sebagai fungsi frekuensi (tanggapan frekuensi STF).

Dengan metode di atas diperoleh hasil pengukuran tanggapan frekuensi STF yang

dapat dilihat pada Gambar 4.4.

53

Gambar 4.4.Hasil Pengujian TanggapanFrekuensiSTF.

Gambar 4.4 menunjukkan grafik tanggapan frekuensi STF yang dirancang. Dari

gambar di atas dapat dilihat bahwa STF mempunyai tanggapan frekuensi yang relatif rata

pada frekuensi 20 Hz – 20 kHzdengan toleransi 0,38 dB. Hasil ini sesuai dengan yang

diharapkan yaitu tanggapan frekuensi STF akan mempunyai penguatan yang rata pada

frekuensi audio (20 Hz – 20 kHz) dengan toleransi 0,5 dB.

4.1.2.4.1.2.4.1.2.4.1.2. PengujianPengujianPengujianPengujian KestabilanKestabilanKestabilanKestabilanModulatorModulatorModulatorModulator

Pengujian ini bertujuan untuk melihat apakah modulator yang dibuat stabil atau

tidak.Modulator akan dikatakan stabil ketika isyarat error keluaran ( ) mempunyai nilai

yang terbatas [5]. Isyarat yang terbatas dapat ditunjukkan dengan melihat apakah isyarat

terbatas nilainya, tidak terpotong (clipping) pada aras tegangan catu daya yang digunakan.

Pada metode noise-shaping coding, setiap proses pencuplikan, isyarat akan

diarahkan untuk menuju 0, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 4.5 [18].Hal ini

menyebabkan keterbatasan dari isyarat error dan menyebabkan modulator stabil.

Keterbatasan dari isyarat error ini akan mempunyai nilai maksimal sesuai dengan

persamaan 2.17 yaitu , dimana dan adalah matriks masukan dan keluaran

dari persamaan state variable tapis yang telah dirancang dan adalah periode dari

frekuensi sampling yang digunakan.

Gambar 4.5. Ilustrasi Keterbatasan Isyarat [18].

Pada perancangan yang telah dilakukan, didapatkan nilai matriks dan adalah,

54

dan

,

dan frekuensi cuplik yang digunakan sebesar 1 MHz sehingga didapatkan .

Sehingga dari persamaan 2.17 akan didapatkan .

Isyarat error ( ) ini dapat dilihat pada keluaran dari tapis G(s) setelah tapis G(s)

diimplementasikan ke dalam penguat kelas D tanpa tapis LC yang dirancang seperti yang

dapat dilihat pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6. PengujianIsyarat padaKeseluruhanPenguat Kelas D yang Telah Dibuat.

Isyarat ini akan diamati menggunakan osiloskop sesuai dengan Gambar 4.6.

Pengamatan isyarat ini akan dilakukan dengan kondisi isyarat masukan dinolkan atau

dihubungkan ke tanah (ground). Hasil dari pengujian ini dapat dilihat pada Gambar 4.7.

55

Gambar 4.7. Keterbatasan Isyarat yang Diamati dengan Osiloskop (besarnya

Volts/div = 2 Volt).

Dari Gambar 4.7 dapat dilihat Volt. Nilai ini cukup jauh dengan nilai

hasil perhitungan, yaitu 0,81.Hal ini disebabkan oleh ketidaksesuaian frekuensi

respon yang dihasilkan oleh rangkaian tapis dengan perancangan yang telah

dibuat.Namun, hal ini tidak menjadi masalah karena dapat dilihat bahwa isyarat

mempunyai nilai yang terbatas meskipun tidak sesuai dengan perhitungan.Ini menunjukkan

bahwa modulator yang dibuat telah stabil.

4.1.3.4.1.3.4.1.3.4.1.3. PPPPengujianengujianengujianengujian PPPPembentukanembentukanembentukanembentukan DDDDerauerauerauerau ((((NNNNoise-oise-oise-oise-SSSShapinghapinghapinghaping)))) yangyangyangyang TTTTerjadierjadierjadierjadi padapadapadapada BBBBagianagianagianagian

KKKKeluaraneluaraneluaraneluaran PPPPenguatenguatenguatenguat

Teknik penyandian noise-shaping yang dipakai dalam perancangan penguat kelas D

bertujuan membentuk spektral derau pada bagian keluaran dengan menekan derau pada

frekuensi audio (20 – 20 kHz) dan memindahkannya ke frekuensi yang lebih tinggi dari

frekuensi audio. Pada perancangan, derau pada keluaran akan dibentuk dengan tanggapan

frekuensi lolos atas dengan frekuensi penggal sebesar 40 kHz seperti yang telah penulis

jelaskan pada subbab 3.1. Derau yang terbentuk pada keluaran penguat diamati dengan

menggunakan spectrum analyzer (SR760 FFT Spectrum Analyzer) dengan kondisi masukan

dinolkan (dihubungkan dengan terminal ground).Gambaran pengujian dapat dilihat seperti

pada Gambar 4.8.

56

Gambar 4.8.Gambaran Pengujian Pembentukan Derau yang Terjadi pada Bagian Keluaran

Penguat Kelas D Tanpa Tapis LC yang Telah Dibuat.

Hasil dari pengujian pembentukan spektral derau yang terjadi pada penguat kelas D

tanpa tapis LC yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 4.9 di bawah ini.

Gambar 4.9. Spektral Derau yang Terbentuk pada Keluaran Penguat Kelas D Tanpa Tapis

LC yang Dirancang.

Dapat dilihat dari Gambar 4.9 bahwa spektrum keluaran dari penguat kelas D yang

penulis rancang telah dapat menekan derau hingga -45 dB pada frekuensi 20 Hz hingga

frekuensi sekitar 10 kHz kemudian spektrum derau akan mulai meningkat hingga -25 dB

pada frekuensi 20 kHz. Bentuk dari spektrum keluaran pada frekuensi 20 Hz – 40 kHz telah

57

membentuk tanggapan tapis lolos tinggi, namun frekuensi penggalnya tidak sesuai dengan

tanggapan frekuensi NTF seperti yang telah diuji pada subbab 4.1.1.1.Pada pengujian ini

didapatkan frekuensi penggalnya ada pada frekuensi 22 kHz, tidak sesuai dengan tanggapan

NTF yang terukur yaitu 34 kHz.Hal ini disebabkan tapis telah diimplementasikan ke

dalam rangkaian penguat secara keseluruhan. Keterbatasan dari GBW opamp yang

digunakan menyebabkan berubahnya frekuensi penggal dari tanggapan NTF. Telah

disebutkan sebelumnya bahwa pada bagian integrator dari tapis yang dirancang mempunyai

penguatan yang sangat besar (dapat mencapai 106) dan setelah diimplementasikan ke dalam

rangkaian, tapis akan mengolah isyarat dengan frekuensi hingga 1 MHz, sehingga

dibutuhkan opamp dengan GBW yang besar.

4.2.4.2.4.2.4.2. PPPPengujianengujianengujianengujian KKKKinerjainerjainerjainerja KKKKeseluruhaneseluruhaneseluruhaneseluruhan PPPPenguatenguatenguatenguat

Pengujian terhadap penguat kelas D tanpa tapis LC dengan modulasi tiga aras yang

dirancang meliputi [12], [13]:

1. Pengukuran daya keluaran maksimum

2. Pengukuran (Total Harmonics Distortion) THD

3. Pengukuran tanggapan frekuensi

4. Pengukuran kepekaan penguat

5.Pengukuran Signal to Noise Ratio (SNR)

6.Pengukuran efisiensi penguat

Masing-masing pengukuran di atas akan diuraikan lebih lanjut pada subbab-subbab

bawah ini.

4.2.1.4.2.1.4.2.1.4.2.1.PPPPengukuranengukuranengukuranengukuran DayaDayaDayaDaya KeluaranKeluaranKeluaranKeluaran MaksimumMaksimumMaksimumMaksimum

Pengukuran ini bertujuan untuk mengukur daya keluaran maksimum yang dapat

dihasilkan oleh penguat yang telah dibuat. Penguat audio yang dirancang diharapkan

mampu menghasilkan daya keluaran maksimum sebesar 20 Watt.

Adapun pengukuran ini dilakukan dengan gambaran sebagai berikut:

58

Gambar 4.10.Gambaran Pengukuran Daya Keluaran dari Penguat Audio.

Untuk mengukur besarnya tegangan isyarat masukan digunakan peranti spectrum

analyzer (SR760 FFT Spectrum Analyzer). Masukan isyarat uji akan berupa isyarat sinus

dari function generator(GFG-813Function Generator).

Pengukuran THD dilakukan dengan tahapan sebagai berikut:

1. Susun penguat seperti pada gambar 4.10.

2.Penguat diberikan isyarat masukan sinus dengan frekuensi 1 kHz. Amplitudo

isyarat masukan dinaikkan hingga terjadi distorsi pada keluaran yang akan

diamati dengan spektrum analyzer. Isyarat keluaran sebelum terjadinya distorsi

ini merupakan amplitudo maksimum yang dihasilkan penguat (catat sebagai

Vmax).

3. Daya keluaran dapat dihitung sebagai berikut

.

Gambar 4.11 di bawah ini menunjukkan spektrum keluaran dari penguat sebelum

terjadi distorsi (a) dan sesudah terjadi distorsi (b).

59

(a) (b)

Gambar 4.11. (a). Spektrum Keluaran Penguat Ketika Tegangan Keluaran Sebesar 5,3 Volt.

(b) Spektrum Keluaran Penguat Ketika Tegangan Keluaran Sebesar 5,7 Volt.

Dari hasil pengujian, amplitudo maksimum penguat sebelum terjadinya distorsi

pada keluaran adalah sebesar Vmax = 5.3 Volt. Ketika tegangan masukan dinaikkan

sehingga tegangan pada keluaran lebih dari 5,3 Volt, terjadi distorsi pada keluaran seperti

dapat dilihat pada gambar 4.11 (b) untuk tegangan keluaran penguat sebesar 5,7 Volt akan

terjadi kenaikan spektrum pada daerah frekuensi tinggi (dapat dilihat pada gambar (b) yang

dilingkari oleh garis putih) yang mengakibatkan kenaikan THD dari penguat kelas D.

Sehingga daya keluaran maksimum akan terjadi saat tegangan keluaran sebesar 5,3

Voltatau daya keluaran maksimum penguat sebesar 7 Watt. Pada spesifikasi diharapkan

daya keluaran yang dapat dicapai penguat adalah sebesar 20 Watt. Hasil pengujian yang

jauh dari spesifikasi ini disebabkan faktor keterbatasan nilai masukan pada teknik

penyandian noise-shaping yang tidak disadari oleh penulis dalam perancangan.

Teknik penyandian noise-shaping akan mempunyai keterbatasan rentang nilai

masukan yang juga berarti akan mempunyai keterbatasan rentang nilai keluaran pula.

Keterbatasan nilai masukan dari teknik penyandian noise-shaping adalah [18],

, untuk tingkat kuantisasi ternormalisasi ( ).

dimana,

rentang nilai masukan penyandi noise-shaping

periode dari frekuensi pencuplikan

dan merupakan koefisien polinomial dari tapis yang dirancang dimana,

60

.

Pada perancangan, tapis W(s) akan mempunyai tanggapan frekuensi sebagai berikut,

.

Sehingga, dari hasil perhitungan akan didapatkan rentang masukan adalah sebesar,

.

Pada penguat kelas D yang dirancang besarnya tingkat kuantisasi adalah 10V.

Sehingga keluaran maksimum dari penguat adalah sebesar (0,59)(10 V) = 5,9 V dan

didapatkan daya keluaran maksimum sebesar .

Pada hasil pengukuran kenaikan THD secara drastis dimulai pada daya keluaran

sebesar 7 Watt atau tegangan pada keluaran adalah sebesar . Perbedaan

hasil perhitungan dan ini disebabkan oleh realisasi dari tapis tidak menghasilkan

tanggapan frekuensi yang persis sama dengan tanggapan frekuensi yang ditetapkan pada

perancangan.

4.2.4.2.4.2.4.2.2222.... PPPPengukuranengukuranengukuranengukuran THDTHDTHDTHD

Pengukuran ini bertujuan untuk mengukur THD dari penguat kelas D tanpa tapis

LC yang telah dirancang. Penguat audio yang dirancang diharapkan dapat menghasilkan

THD < 0.5%.

Adapun pengukuranini dilakukan dengan gambaran sebagai berikut:

1. Susun penguat seperti pada gambar 4.10.

2. Berikan isyarat masukan berupa isyarat sinusoidal sehingga menghasilkan

keluaran maksimum pada keluaran penguat. Frekuensi isyarat masukan akan

divariasikan pada frekuensi rendah 20 Hz hingga 100 Hz karena penguat akan

mempunyai THD yang bernilai besar pada frekuensi rendah (semakin banyak

harmonik yang terukur pada keluaran penguat).

3. Catat besarnya THD keluaran penguat ( ) dan yang dihasilkan spectrum

analyzer untuk masing-masing frekuensi uji. Catat pula besarnya THD isyarat

61

masukan ( ) yang berasal dari function generator untuk masing-masing

frekuensi uji.

4. THD dari penguat dapat dicari yaitu, .

5. Gambarkan hasil THD dari penguat yang telah didapat terhadap frekuensi.

Dengan langkah-langkah di atas akan diperoleh hasil pengukuran THD penguat

adalah sebagai berikut :

20 30 40 50 60 70 80 90 100 1100.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

X: 42.97Y: 0.976

frekuensi (Hz)

THD

(%)

grafik THD vs frekuensi

Gambar 4.12. Grafik THD vs frekuensi.

Dari hasil pengukuran, THD terbesar yang terukur adalah sebesar 0.976% pada

frekuensi 40 Hz. THD dari penguat akan mempunyai nilai paling besar pada frekuensi

rendah dikarenakan semakin banyaknya harmonik-harmonik yang terukur pada rentang

frekuensi audio. Oleh karena itu, karakteristik THD dari penguat secara keseluruhan dapat

dilihat dari karakteristik THD penguat pada frekuensi rendah. Dari hasil pengukuran,

didapatkan karakteristik THD penguat adalah < 0.976% yang diukur pada daya

maksimumnya (7 Watt).

62

THD dari penguat tidak memenuhi spesifikasi yang telah ditentukan (< 0.5%). Hal

ini dimungkinkan oleh pemberian waktu tunda (dead-time) pada rangkaian switching logic

yang berguna untuk mencegah terjadinya kondisi shoot-through pada MOSFET yang

dikonfigurasikan ke dalam rangkaian jembatan penuh. Dengan memberikan dead-time akan

berpengaruh kepada kenaikan THD dari penguat kelas D [20].

4.2.4.2.4.2.4.2.3333.... PPPPengukuranengukuranengukuranengukuran TTTTanggapananggapananggapananggapan FFFFrekuensirekuensirekuensirekuensi

Pengukuran ini bertujuan untuk mengukur tanggapan frekuensi dari penguat kelas D

yang dirancang.Adapun pada pengukuran diinginkan penguat mempunyai tanggapan

frekuensi yang rata pada frekuensi 20 – 20kHz dengan toleransi 0.5 dB.

Keluaran dari penguat kelas D yang dirancang terdiri dari komponen frekuensi

audio masukan dan frekuensi tinggi hasil modulasi. Pada pengukuran ini, tapis lolos rendah

setelah keluaran dari penguat diperlukan untuk menapis frekuensi tinggi yang berasal dari

derau yang terbentuk pada frekuensi tinggi proses dari pensaklaran [16]. Tapis lolos rendah

yang digunakan merupakan tapis aktif lolos rendah orde 4 dengan tanggapan Butterworth

dengan frekuensi penggal 30 kHz.Tanggapan dipilih Butterworth karena tanggapan

Butterworth mempunyai tanggapan yang rata pada pita lolosnya. Sedangkan frekuensi

penggal diatur di atas 20 kHz agar didapat tanggapan frekuensi yang rata pada 20 – 20 kHz

[16].

Penguat kelas D yang dirancang mempunyai keluaran BTL (Bridge-Tied Load),

sehingga akan ditambahkan untai penguat selisih pada bagian keluaran dari penguat. Hal ini

bertujuan agar keluaran dari penguat menjadi single-ended sehingga isyarat keluaran dapat

dimasukkan ke jalur masukan komputer untuk dilakukan analisis dengan program

SpectraLAB. Pada penguat selisih diberikan penguatan sebesar 0,1 kali. Hal ini dikarenakan

aras tegangan keluaran dari penguat terlalu besar untuk dimasukkan ke dalam bunyi suara

komputer. Oleh karenanya diberikan pelemahan sebelum masuk ke dalam kartu bunyi pada

komputer.

Gambaran rangkaian pengukuran dapat dilihat pada Gambar 4.13. Untuk gambar

rangkaian dari tapis lolos rendah serta penguat selisih yang digunakan dapat dilihat pada

lembar lampiran.

63

Gambar 4.13. Skema Rangkaian yang Digunakan untuk Pengujian Tanggapan Frekuensi.

Pengukuran tanggapan frekuensi akan dilakukan dengan menggunakan perangkat

lunak komputer SpectraLAB. Gambaran metode pengukuran dapat dilihat pada Gambar

4.13.

Gambar 4.14.Gambaran Metode Pengukuran Tanggapan Frekuensi dari Penguat Kelas D.

Langkah-langkah dengan menggunakan perangkat lunak SpectraLAB adalah

sebagai berikut.

1. Menghubungkan kanal kiri keluaran kartu bunyi dengan

kanal masukan penguat audio yang akan diuji dan keluaran rangkaian pengujian dengan

masukan kanal kiri kartu bunyi. Sedangkan kanal kanan keluaran kartu bunyi akan

dihubungkan dengan kanal kanan masukan kartu bunyi (kanal kanan kartu bunyi di-

64

loopback). Kanal kiri keluaran kartu bunyi digunakan sebagai masukan ke penguat

isyarat audio sedangkan kanal kanan keluaran kartu bunyi digunakan sebagai isyarat

acuan. Keluaran penguat daya dimasukkan ke kanal kiri masukan kartu bunyi dan

dibagi dengan isyarat acuan pada kanal kanan masukan kartu bunyi yang besarnya sama

dengan isyarat masukan ke penguat audio untuk mencari tanggapan frekuensi penguat

daya. Pembagian ini dilakukan dalam ranah frekuensi.

2. Mengatur pengaturan perangkat lunak SpectraLab dengan

pengaturan sebagai berikut.

- Ragam : real time

- FFT : 4096

- Averaging : infinite

- Peak hold : off

- Smoothing window : Hanning

- Dual channel spectral processing : real transfer function left/ right

- Amplitudo scalling : logaritmic

- Spectral weighting : flat

3. Mengaktifkan derau putih dan merekam kedua masukan pada

jalur masukan kartu bunyi (isyarat acuan dan keluaran penguat daya audio).

4. Menampilkan hasil pengujian dalam bentuk grafik magnitudo

tanggapan frekuensi penguat daya audio sebagai fungsi frekuensi pada jendela spectrum

pada program SpectraLAB.

Dengan metode di atas diperoleh hasil pengukuran tanggapan frekuensi dari

penguat kelas D yang telah dibuat dapat dilihat pada Gambar 4.15.

65

Gambar 4.15. Grafik Tanggapan Frekuensi Penguat Kelas D Tanpa Tapis LC yang

Dirancang.

Dari hasil pengukuran, didapat tanggapan frekuensi dari penguat yang telah dibuat

mempunyai tanggapan frekuensi 20 Hz – 20 kHz dengan toleransi 0,53 dB. Hal inicukup

sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan.

4.2.4.2.4.2.4.2.4444.... PPPPengukuranengukuranengukuranengukuran KKKKepekaanepekaanepekaanepekaan PPPPenguatenguatenguatenguat

Pengukuran ini bertujuan untuk memperoleh karakteristik penguat terhadap

seberapa besar isyarat masukan yang masuk ke penguat sehingga dihasilkan daya tertentu.

Pada perancangan diberikan spesifikasi kepekaan penguat sebesar 0.1 V/W. penguat akan

mampu menghasilkan daya keluaran 1 Watt pada beban 4 Ohm dengan isyarat masukan

sebesar 0.1 V. pengukuran kepekaan penguat kelas D dilakukan dengan gambaran seperti di

bawah ini.

Pengukuran kepekaan dari penguat dapat dilakukan dengan prosedur sebagai berikut:

1. Susun penguat seperti pada gambar 4.10.

2. Atur isyarat masukan yang berasal dari function generator(GFG-813 Function

Generator) sehingga diperoleh isyarat keluaran pada penguat sebesar 2 Vp yang

merupakan representasi untuk daya keluaran 1 Watt.

66

3. Ukur besarnya isyarat masukan dengan osiloskop. Besarnya tegangan isyarat

masukan tersebut menunjukkan kepekaan dari penguat.

Dengan metode di atas, diperoleh hasil pengukuran kepekaan dari penguat kelas D

yang telah dibuat yaitu saat diberikan isyarat masukan gelombang sinus dengan amplitudo

puncak sebesar 0,1 V pada frekuensi 1 kHz, penguat menghasilkan keluaran isyarat sinus

dengan amplitudo 2V sehingga dihasilkan daya keluaran sebesar 1 Watt pada beban4 Ohm.

4.2.4.2.4.2.4.2.5555.... PengukuranPengukuranPengukuranPengukuran SignalSignalSignalSignal totototo NoiseNoiseNoiseNoise RatioRatioRatioRatio (SNR)(SNR)(SNR)(SNR)

Pengukuran ini bertujuan untuk memperoleh karakteristik penguat kelas D tanpa

tapis LC yang telah dibuat dalam kaitan dengan derau yang timbul pada penguat.Besarnya

SNR penguat kelas D yang diinginkan adalah sebesar > 97 dB.

Gambar 4.16 di bawah ini menunjukkan gambaran pengujian SNR dari penguat.

Tapis lolos rendah diperlukan pada pengukuranuntuk menapis frekuensi tinggi yang berasal

dari derau yang terbentuk pada frekuensi tinggi proses dari pensaklaran [16].Tapis lolos

rendah yang digunakan merupakan tapis aktif lolos rendah orde 4 dengan tanggapan

Butterworth dengan frekuensi penggal 30 kHz.

Gambar 4.16.Gambaran Pengujian SNR dari Penguat Audio Kelas D Tanpa Tapis LC.

Tahapan-tahapan pengukuran SNR penguat kelas D tanpa tapis LC adalah sebagai

berikut,

67

1. Berikan isyarat masukan sinus pada frekuensi 1 kHz pada terminal masukan dari

penguat sehingga menghasilkan isyarat keluaran dengan penguatan maksimum.

2. Ukur besarnya isyarat keluaran tersebut (dalam Vrms). Nyatakan dalam Usignal.

3. Terminal masukan dari penguat dihubungkan dengan ground kemudian ukur

besarnya Vrms dari isyarat keluaran tersebut menggunakan multimeter digital

(Fluke 26III True RMS Multimeter), nyatakan isyarat keluaran dalam Unoise.

4. SNR diperoleh dengan persamaan,

.

Pengukuran yang telah dilakukan dengan tahapan seperti di atas dan diperoleh

besarnya Usignal = 4.17Vrms dan besarnya Unoise = 150mVrms. Sehingga besarnya SNR

dari penguat yang dirancang sebesar SNR =28.88 dB.

Dari hasil pengujian SNR di atas didapatkan penguat memberikan SNR yang jauh

lebih rendah dari spesifikasi yang diinginkan.Hal ini disebabkan oleh derau yang dapat

ditekan oleh penguat hanya dapat mencapai -45 dB pada frekuensi (20 Hz – 10 kHz) dan

meningkat hingga -25 dB pada 20 kHz, seperti yang telah disebutkan pengujian pada

subbab 4.1.3. Oleh karena itu, didapatkan nilai SNR yang jauh dari yang diharapkan.

4.2.4.2.4.2.4.2.6666.... PengukuranPengukuranPengukuranPengukuran EfisiensiEfisiensiEfisiensiEfisiensi PenguatPenguatPenguatPenguat KelasKelasKelasKelas DDDD tanpatanpatanpatanpa TapisTapisTapisTapis LCLCLCLC

Pengukuran ini bertujuan untuk memperoleh efisiensi dari penguat kelas D tanpa

tapis LC yang telah dibuat.Pada spesifikasi, diharapkan efisiensi dari penguat >

85%.Metode pengukuran dari efisiensi penguat kelas D tanpa tapis LC dapat dilihat pada

Gambar 4.17.

68

Gambar 4.17. Gambaran Pengukuran Efisiensi Penguat Kelas D Tanpa Tapis LC [19].

Tahapan-tahapan pengukuran efisiensi penguat kelas D tanpa tapis LC adalah

sebagai berikut,

1. Berikan isyarat masukan gelombang sinus dengan frekuensi 1 kHz pada

terminal masukan penguat.

2. Atur isyarat masukan agar pada keluaran didapatkan keluaran maksimum dari

penguat. Catat nilai tegangan rms maksimum dari penguat sebagai Vo.

3. Ukur tegangan dan arus rata-rata yang dikeluarkan oleh catu daya untuk

mencatu rangkaian penguat kelas D. Catat nilai tegangan rata-rata sebagai Vs

dan arus rata-rata sebagai Is.

4. Ukur tegangan rms pada resistor 0.1 Ohm dan catat sebagai Vr.

5. Efisiensi dari penguat kelas D tanpa tapis LC dapat dirumuskan sebagai berikut,

.

Dari hasil pengukuran, didapatkan Vo = 4.16 Vrms, Vr = 107,6 mVrms, Vs = 10 V

dan Is = 0,69 A. Dari hasil perhitungan, didapatkan .

Efisiensi dari penguat kelas D tanpa tapis LC yang telah dibuat tidak dapat

mencapai sesuai spesifikasi yang diharapkan yaitu 85%. Hal ini dapat dianalisa adanya

69

derau yang cukup besar pada penguat yaitu sekitar -45 dB (dilihat pada spektrum keluaran

penguat), sehingga komponen pensaklaran yaitu MOSFET akan melakukan melakukan

proses pensaklaran yang disebabkan oleh derau. Hal ini akan meningkatkan besarnya arus

rata-rata yang ditarik dari catu daya, sehingga menyebabkan berkurangnya efisiensi dari

penguat yang telah dibuat.

Selain itu, hal ini juga disebabkan oleh penggunaan komponen MOSFET yang

digunakan. Pada perancangan MOSFET jembatan penuh digunakan MOSFET tipe P dan N.

MOSFET tipe P mempunyai Rds(ON) yang jauh lebih besar dari tipe N, sehingga MOSFET

tipe P akan menghasilkan disipasi daya yang besar jika dibandingkan dengan MOSFET tipe

N.