CARA MODIFIKASI POWER AMPLIFIER OCL 150W DENGAN TEGANGAN TINGGI

 Cara Modifikasi Power Amplifier OCL150W dengan tegangan tinggi adalah sebuah pelajaran tentang bagaimana rangkaian OCL 150W bekerja dan bagaimana cara menaikkan tegangan supply serta mengubah dan menambah komponen pendukungnya.

OCL 150W adalah Power Amplifier sejuta umat yang telah ada sejak era 80-an akhir hingga saat ini.

Pada era 80an, transistor Final menggunakan pasangan transistor 2N3055 / MJ2955 yang oleh orang dulu dikatakan sebagai transistor "jengkol" atau "OC".

Saya menduga nama jengkol adalah merujuk nama Buah sayur yang terkenal di Pulau Jawa dan Sumatera yang bentuknya mirip dengan transistor ini.

Sedangkan nama OC bagi pasangan transistor ini adalah mengacu pada nama schematic diagram rangkaian ini, yaitu OCL.

Sementara itu OCL adalah nama singkatan dari Output Capacitor Less.

OCL adalah sebuah prinsip output rangkaian Power Amplifier yang tidak memakai Elco sebagai kopling output ke beban Speaker.

Sebelum saya menjelaskan bagaimana cara modifikasi, alangkah baiknya jika kita mempelajari terlebih dahulu schematic Diagram rangkaian ini.

PENJELASAN SCHEMATIC DIAGRAM

Berikut ini adalah schematic awal dari rangkaian OCL 150W ini:

Schematic diagram ini termasuk versi paling umum yang beredar di pasaran negeri kita.

Sinyal input masuk melalui kopling input milar 100nF/50V.

R2+R3  bertugas sebgai pemberi bias bagi transistor Preamplifier.

R3 bertugas sebagai common resistor sekaligus penentu GAIN rangkaian ini.

Q1 dan Q2 adalah sepasang transistor ekor panjang atau biasa orang menyebut dengan Differensial Preamplifier.

Sementara itu Q3 bertugas sebagai pemberi supply arus stabil bagi transistor Q1 dan Q2.

Ini berarti ketika ada sinyal audio yang masuk dan berayun, maka Q1 akan melakukan amplifikasi tegangan antara 0 hingga (-)VCC.

Ketika tidak ada sinyal masuk, maka tegangan kolektor Q1 akan mendekati tegangan supply.

Sebaliknya, jika ada sinyal masuk yang lumayan besar, maka tegangan kolektor pada Q1 akan mendekati tegangan emitor Q1.

Tergangan emitor Q1 dan Q2 hampir selalu lebih tinggi 0,6 hingga 0,7VDC dari tegangan basis nya yang menuju 0V. 

Q3 adalah stabillizer. Pada emitor Q3 ini tegangan terukur pada resistor R4 adalah sekitar 1V.

Ini berarti arus yang melewati Q3 ( V pada R4:  valueR4) adalah 1A. Arus ini selanjutnya terbagi dua, yaitu yang pertama untuk mensupply Q1 dan satu lagi untuk mensupply Q2.

KOSUMSI ARUS PADA RANGKAIAN OCL 150W

Dengan bantuan simulator, maka kita bias mengetahui berapakah Arus yang terpakai pada rangkaian dan berapakah arus yang mengalir ke beban speaker.

Pada schematic yang telah tergambar di atas, saya mencoba memberikan sinyal audio yang level inputnya bisa membikin output paling tinggi dan masih ideal pada beban resistansi 8 Ohm.

 Nampak di sini bahwa transistor Driver Amplifier mengalirkan arus AC sebesar 106mA_RMS.

Transistor Final Amplifier mengalirkan arus hingga 1,84A_RMS.

Dengan demikian maka memerlukan transistor Final dengan daya minimal = 35x18,4 = 64,4Watt.

Arus Output ke beban speaker 8 Ohm terbaca 2,74A_RMS dan tegangan pada beban speaker 8 Ohm adalah 21,9V_RMS.

Berarti daya yang ke speaker adalah 2,74 * 21.9 = 60w.

Kenapa arus ke speaker lebih besar dari pada arus yang melewati transistor final?

Karena arus ke speaker adalah arus bolak- balik. Sementara itu arus yang mengalir dari catu ke Output adalah arus setengah gelombang.

Arus yang mengalir dari Catu Daya (+) ke kolektor transistor Final Q7 adalah setengah gelombnag (+), sedangkan arus yang mengalir dari  kolektor Q8 menuju Catu Daya (-) adalah setengah gelombang pula.

Arus yang mengalir di kedua kolektor transistor ini adalah saling berbeda 180 derajat.

Sehingga ada istilah push-pull antara Q7 dan Q8.

Sementara itu, arus yang melewati R8 jauh lebih kecil daripada yang mengalir ke kolektor Q5 dan Q7, sehingga tidak perlu saya berikan alat pengukur arus.  

SIMULASI TEGANGAN DC

Berikut ini adalah hasil simulasi pengukuran tegangan DC pada rangkaian OCL ini.

y

MODIFIKASI UNTUK TEGANGAN SUPPLY 65v

Ketika rangkaian ini kita pakai pada tegangan 65VDc simetris, maka komponen di dalam rangkaian ini harus kita ubah.

Karena pada saat ada kenaikan tegangan supply, maka kosumsi arus bagi transistor juga semakin naik. 

Apa yang terjadi jika rangkaian tetap seperti ini namun tegangan kita naikkan?

Maka hasilnya akan seperti berikut ini:

Dalam gambar nampak bahwa transitor Driver memerlukan arus 0.03A

Justru arus yang melewati transistor Final adalah 3,52A. Ini berarti memerlukan transistor dengan dissipasi daya lebih besar dari (3.52x65=228.8RMS).

Jika hanya menggunakan satu pasang transistor maka jelas transistor akan rusak.

Bukankah transistor 2N3055 hanya memiliki kemampuan hingga 115W saja?

Berarti memerlukan minimal 2 set transistor Final 3055/2955 untuk memiliki kemampuan dissipasi daya hingga 230W.

Ini akan lebih aman jika anda menyediakan 2 set transistor 2SC5200/2SA1943 yang masing-masing memiliki kemampuan dissipasi hingga 150W.

Berarti ada spasi hingga 300W untuk melayani arus 3,52A pada tegangan 65VDC.

JIKA BEBAN BERUBAH MENJADI 4 oHM APAKAH AMPERE TRANSISTOR FINAL TETAP?

Jika beban rangkaian ini kita turunkan ke angka 4 Ohm, maka Amplifier ini akan memerlukan arus yang lebih besar untuk mengaliri beban ini.

Berdasarkan hitungan simulator, ternyata transistor harus mengalirkan arus hingga 6,71A_rms.

Arus Output ke beban speaker semakin membesar hingga 10A_rms untuk beban 4 Ohm. 

Memerlukan 3 set transistor 2N3055/Mj2955.

Justru pada saat tegangan menjadi 65VDC, transistor driver akan mengalirkan arus hingga 400mA_rms.

Ini berarti akan ada dissipasi daya sebesar 26W (65Vx0,4A) pada transistor Driver.

Jika semula transistor driver menggunakan BD139 yang memiliki kemampuan hingga 12,5W. Anda harus mengganti transistor Driver ini jika menggunakan tegangan supply 65VDC simetris.

Transistor TIP41C/42C (65W, 100V, 5A) termasuk paling tepat untuk menggantian posisi transitor Driver BD139 (12,5W, 80V, 1.5A).

Hanya saja penguatan arus pada transistor ini (30-70x) lebih kecil daripada BD139 (40-250x).

APAKAH TRANSISTOR V.A.S PERLU GANTI

Pada saat rangkaian OCL 150W ini anda naikkan supply menjadi 65VDC, apakah transistor Penguat tegangan (V.A.S) juga ikut kita ganti?

Jawabnya adalah: HARUS.

Karena pada rangkaian awalnya, transistor VAS yang menggunakan nomer 2SD438 memiliki spek 900mW, 100V, 0.7A, 50x-560x.

Benar tegangan supply adalah  65VDC namun tegangan ini adalah simetris. Berarti ada tegangan hingga 2x 65VDc = 130V yang akan berayun-ayun pada kolektor transistor VAS ini.

Kit harus menggantikannya dengan transistor dengan kemampuan blok tegangan kolektor- emitor yang lebih tinggi.

Pada gambar di atas, nampak bahwa transistor bekerja untuk mengalirkan arus hingga 13,3mA_rms dan tegangan kolektor-emitor hingga 75,4Vrms yang berarti daya yang bekerja pada transistor ini adalah 1002mW. 

Ini melebihi kemampuan daya dan melebihi kemampuan tegangan.

75Vrms berarti (75*1.414)=106Vp-p. Transistor 2SD438 hanya mampu hingga 100V. Ini sangat pas-pasan dan beresiko.

Kita harus menggantikan dengan nomer yang lebih kuat.

RESISTOR BIAS UNTUK STABILLIZER PREAMP PERLU GANTI

Ada sebuah resistor yang bertugas untuk memberikan arus bias bagi basis transistor stabillizer preamplifier.

Pada tegangan supply 35VDC, ia adalah senilai 10K. Akan ada arus mengalir sebesar 3mA pada resistor . Berarti akan ada dissipasi daya sebesar 107mW (3,2mA x 32VDC) . 

Jika tegangan supply kita naikkan menjadi 65V, maka akan ada arus yang mengalir sebesar 6,2mA. Karena ada beda potensial sebesar 62V pada resistor maka akan ada dissipasi daya sebesar 384mW pada resistor.

Kita harus menaikkan  daya resistor ini menjadi 1w untuk spasi aman bagi resistor.

Tetapi yang sebenarnya mesti kita ubah adalah nilai resistor nya bukan daya-nya.

Ini karena rangkaian ini memerlukan arus sebesar 3mA walaupun tegangan telah naik ke angka 65VDc.

Maka untuk itu anda harus mengubah nilai resistor ini menjadi 62V/3mA = sekitar 22K.

 Perlu kita perhatikan jika resistor naik menjadi 22K, maka dissipasi daya pada resistor R5 menjadi (62.4V x 2.84mA)= 177mW.

Jika semula daya resistor R5 adalah 10K 1/2W, maka bisa anda ganti dengan 22K dengan daya tetap 1/2W. 

Mengganti dengan resistor 1/4W adalah beresiko sekalipun daya yang diperlukan hanyalah 177mW. 

SIMULASI OCL 150W PADA BEBAN 4 OHM SINYAL 1Vrms

Selanjutnya gambar di bawah ini adalah hasil simulasi rangkaian Power OCL 150W menggunakan supply 65VDC dengan beban 4 Ohm dan sinyal masukan adalah 1Vrms 1kHz.

Dari hasil pengukuran ini, maka kita akan mendapatkan beberapa poin:

Arus V.A.S = 9.97mA_rms. Anggap saja 10mA. Total daya adalah 65V x 10mA = 650mW_rms.

Driver Amplifier mengalirkan arus 427mA_rms. Daya pada transistor Driver adalah 76,4Vrms x 0,427Arms = 32,6Wrms.

Power Amplifier mengalirkan arus 6,85A_rms. Daya pada transistor Final adalah 6,85Arms x 76,5Vrms = 524Wrms.

Daya ke beban adalah sebesar 10,2Arms x 40,9Vrms = 417,2Wrms.

Daya murni ke beban 4 Ohm adalah : 417rms x 0,707 = 294,9W.

Hitungan matematis dengan menggunakan supply 65VDC pada beban 4 Ohm = (65V x Eff 60%)2 / 4 Ohm = 380,25W.