Aplikasi Amplifier sebagai Automatic Level Control (ALC)

1. PENDAHULUAN

Automatic Level Control (ALC) adalah suatu sistem yang banyak dijumpai pada AM/FM

radio, sound system dan perangkat elektronik yang berhubungan dengan audio lainnya.

Sesuai dengan penerapannya, ALC juga merupakan contoh aplikasi dari Automatic Gain

Control (AGC) yang sangat erat hubungannya dengan rangkaian elektronika analog seperti

Operational Amplifier (Op-Amp). Salah satu fungsi utama amplifier sendiri adalah untuk

memperkuat sinyal analog. Power supply menyuplai tegangan (Vsupply) untuk rangkaian amplifier

lalu menyesuaikan output agar serupa dengan bentuk sinyal inputnya, terutama dalam menangani

sinyal yang rusak, namun dengan amplitude yang lebih besar.

ALC berfungsi untuk mengontrol output power ke speaker secara otomatis. Dengan begini,

ALC dapat mencegah loudspeaker mengalami overload dan dapat mengoptimalkan range sesuai

spesifikasinya.

Dalam aplikasi AM/FM radio, sound system & perangkat audio lainnya ALC mengatur

volume suara, khususnya di bagian receiver (penerima). Automatic Loudness Control dan

Automatic Volume Control adalah nama lain yang sering digunakan untuk aplikasi ALC pada

perangkat audio seperti di atas.

Automatic Volume Control (AVC) pertama kali dipatenkan pada tahun 1925 atas nama

penemunya, Harold Alden Wheeler, untuk sistem AM radio. Pada awal 1930-an, semua penerima

siaran radio AM telah dilengkapi fitur AVC ini. AVC temuan Wheeler ini adalah bentuk ALC yang

pertama kali dikembangkan.

[1]

2. APLIKASI-APLIKASI ALC PADA PERANGKAT ELEKTRONIKA

A. Di Sistem Radio AM/FM

Dalam sistem radio AM/FM ALC lebih dikenal sebagai Automatic Volume

Control atau pengatur volume suara yang dihasilkan speaker radio.

Gambar 1. Loudness/ Volume Control

Volume suara radio proporsional dengan kekuatan sinyal radio karena sinyal

informasi ditransmisikan oleh perubahan amplitudo gelombang carrier. Kekuatan

sinyal yang diterima akan beragam bergantung pada kekuatan dan jarak transmitter

dan signal path attenuation. AGC akan menjaga kualitas penerimaan agar selalu linear

dengan mendeteksi kekuatan sinyal sepenuhnya dan menyesuaikan gain dari receiver

secara otomatis. Untuk sinyal yang sangat lemah, AGC tidak berpengaruh; saat sinyal

menguat, AGC akan mengurangi gainnya.

Mengurangi gain pada penerimaan sinyal yang lebih lemah biasanya tidak

menguntungkan karena low gain akan memperburuk signal-to-noise ratio dan blocking

sehingga hanya didesain untuk mengurangi gain pada sinyal yang lebih kuat.

AM detector diode menghasilkan tegangan DC yang proporsional dengan

kekuatan sinyal, tegangan ini dapat di-feedback–kan ke stage-stage awal receiver untuk

mengurangi gain. Sebuah jaringan filter diperlukan sehingga tidak mempengaruhi gain;

hal ini mencegah suara terdistorsi. Receiver komunikasi memiliki sistem AVC lebih

kompleks, termasuk tahap amplifikasi tambahan, dioda detektor AGC terpisah,

konstanta waktu yang berbeda untuk disiarkan dan band gelombang pendek, dan

[2]

penerapan berbagai tingkat tegangan AGC tahapan yang berbeda dari penerima untuk

mencegah distorsi dan modulasi silang.

B. Audio/Video Tape

Audio tape menghasilkan noise. Jika level sinyalnya rendah maka noise akan

lebih meningkat, signal-to-noise ratio akan lebih rendah dari seharusnya. Untuk

menghasilkan rekaman yang noise-nya paling sedikit, recording volume harus diset

setinggi mungkin tanpa mendistorsi sinyal.

Gambar 2. Audio/Video Tape

Ada kemungkinan potensi kerugian dari AGC ini ketika merekam sesuatu seperti

musik dengan tenang dan bagian yang keras, maka AGC akan cenderung membuat

tenang bagian yang keras dan bagian-bagian yang keras jadi lebih tenang yang akan

menekan dynamic range; hasilnya dapat mengurangi kualitas musik jika sinyal tidak

kembali diperluas pada playback, seperti dalam sebuah sistem companding.

C. Telephone Recording

Beberapa alat perekam percakapan telepon bekerja sama dengan automatic gain

control untuk menghasilkan kualitas perekaman yang cukup baik.

[3]

3. AUTOMATIC LEVEL CONTROL

Automatic Level Control (ALC) melindungi loudspeaker dengan membatasi daya

keluaran dari amplifier. Sinyal berlevel rendah dinaikkan tanpa mendistorsi sinyal berlevel

tinggi. Penjelasan yang didapat dari MAX9756 ALC Note ini dapat menjelaskan bagaimana

ALC bekerja mengontrol level secara otomatis.

Gambar 3. MAX9756 ALC melindungi speaker dari overvoltage peak tanpa membuat distorsi

ALC berbeda dari output limiting tradisional. Sebuah fungsi output-limiter

membatasi ayunan gelombang pada level yang telah ditentukan sehingga transducer

terlindungi dari overvoltage peaks seperti pada gambar 3 tampak kiri. Clipping

(distorsi) ditambahkan pada sinyal output sebagai hasilnya (Gambar 4).

Gambar 4. Output limiter memotong sinyal output di kondisi overvoltage dan

menghasilkan distorsi yang dapat terdengar

[4]

Dengan ALC, gain dikurangi sehingga transducer terjaga dari overvoltage, tanpa

distorsi (Gambar 5).

Gambar 5. MAX9756 ALC mengurangi gain amplifier dalam kondisi overvoltage sehingga sinyal

output tanpa distorsi

Gambar 6. Key timing specification of the ALC function

Ada tiga spesifikasi key timing yaitu Attack Time, Hold Time dan Release Time.

a. Attack Time

Yaitu waktu yang diperlukan untuk mengurangi gain setelah sinyal output

melampaui level ambang batas. Time constant ditentukan sebesar 15.000XCT

detik dimana CCT adalah external timing capacitor. Pemilihan time constant

tergantung spesifikasi. Contohnya, ketika sinyal transien seperti suara gebukan

drum atau tembakan dalam film harus dikurangi secepatnya, attack time yang

lebih pendek harus dipilih. Untuk aplikasi dengan attack time lebih lama, ALC

[5]

akan mengabaikan peak berdurasi pendek dan akan mengurangi gain saja ketika

kekerasan suara meningkat dengan jelas.

Gambar 7. Plot tiga key timing dalam ALC

b. Hold Time

Yaitu delay setelah sinyal jatuh di bawah level ambang batas, namun sebelum

release phase dimulai. Hold time tidak dapat diubah (unadjustable); diset secara

internal sebesar 50ms. Hold time mencegah gain terpompa. Hold time

dibatalkan oleh sinyal yang melampaui level ambang batas, dimana attack time

diulang lagi.

c. Release Time

Adalah waktu yang diperlukan gain untuk kembali ke level normalnya setelah

sinyal input jatuh di bawah level ambang batas dan hold time sudah kadaluarsa.

Output Power Threshold

Resistor yang terhubung dengan PREF ke ground men-set ambang batas

dimana output speaker ter-clamped. Persamaan di bawah ini menset nilai resistor

pada PREF untuk daya keluaran maksimum yang diinginkan dan impedansi speaker

yang dipilih.

[6]

Gambar 8. Ambang batas daya keluaran diset oleh resistor eksternal

Amplifier kelas D yang berefisiensi tinggi dengan Automatic Level Control

function yang built-in dapat mengendalikan sinyal untuk mengurangi potongan noise

yang mengganggu saat melindungi speaker dari akibat buruk yang ditimbulkan dari

overload.

Melindungi speaker pada radio, audio/video tape dan sound system dari akibat

buruk yang ditimbulkan dari overload gain adalah fungsi utama dari Automatic Level

Control.

[7]

DAFTAR PUSTAKA

[1] ALC - AN3673 Application Note. www.maxim-ic.com/an3673

[2] Automatic Gain Control – Wikipedia, the free encyclopedia.

http://en.wikipedia.org/wiki/Automatic_gain_control

[3] Class D Amplifiers For Portable Applications.

http://electronicdesign.com/files/29/18382/faq.pdf

[4] Automatic Level Control Circuit. http://adsabs.harvard.edu//abs/1983nasa.reptT....T

[8]