SERBA SERBI SINYAL AUDIO OCL 150W (1)

Saya merakit ampli audio OCL 150W ini sejak 1994 yang pada saat itu saya masih sekolah STM ( Sekarang SMK ). PCB saat itu yang sedang nge trend adalah merk RONICA dan Saturn.

Ada juga sih merk yang lain tetapi kurang mendapat nomer di hati jama’ah elektroniyun al indunisy, sebutan saya untuk para penghobi elektronika indonesia.

OCL 150W BUKAN WATT SESUNGGUHNYA AKAN TETAPI JUDUL YANG MENEMPEL PADA SKEMA AMPLI

Hingga saat ini kit ampli OCL 15oW masih ada terjual di pasaran. Masih bersaing dengan ampli teknologi terbaru seperti sebut saja SAFARI 200W , POWER 800W, MEGA SOUND, HIROSHI, CLASS D, dan judul judul kit ampli yang beredar di toko toko di Indonesia.

OCL 150W menurut saya bukan Watt sesungguhnya dari kit ampli ini. Secara teori, ampli akan mengeluarkan watt sebesar “suplly simetris kwadrat kali effisiensi bagi 2 kali impedansi”. Jadi bisa kita hitung jika ampli ini terpasang dengan supply simetris 24VDC untuk spiker 8 Ohm, maka menghasilkan daya sebesar: (24x24x0,6)/8 = 43Watt!

Jika tegangan kita naikkan ke angka 35 Volt dan spiker tetap 8 Ohm pun maka secara hitungan akan kena di angka 122 Watt.

Ah, masak?

ASAL MUASAL HITUNGAN WATT

Begini. Menurut ilmu yang saya dapat ketika sekolah di STMN 1 Singosari, Kab. Malang, Rumus daya adalah sebagai berikut:

Watt = Volt x Ampere. Ini berlaku untuk watt DC.

Jika ampere tidak kita ketahui, dan hanya diketahui Volt Supply ( misal: 42VDC ) dan beban saja ( contoh: 8 Ohm ), maka watt bisa diketahui dengan berikut ini:

Watt = Volt x Ampere = Volt x (Volt / Beban ) =( Volt x Volt ) /Beban.

Jika kita ketahui ada supply 42 Volt dan Beban adalah 8 Ohm. maka tentu saja akan diketahui bahwa Watt = (42 x 42) / 8 = 1764 / 8 = 220Watt .

Ingat! ini untuk beban arus DC.

KALAU ARUS AC ( ALTERNATING CURRENT / BOLAK BALIK ) GIMANA NGITUNGNYA?

Oke sekarang perhatikan jenis sinyal bolak balik.

Sinyal bolak balik bergerak antara sinyal atas hingga sinyal bawah.

Pada gambar A adalah arus yang melalui sebuah beban. Ini biasa kita anggap dengan duty cycle penuh 100%. Watt adalah warna biru kita kalikan dengan VCC.

Pada gambar B, ada 2 gunung. Yang satu posisi di bawah dan yang satunya posisi di atas. Sinyal sinus ya begitu itu. dia ada periode atas dan periode bawah. Itulah kenapa dalam ilmu ampli selalu ada supply tegangan positif dan supply tegangan negatif. Gunung sisi bawah memerlukan supply negatif dan gunung sisi atas memerlukan supply positif.

Pada gambar C, mirip dengan gambar B, hanya saja pada dasarnya jika kita hitung secara matematika sinyal bawah dan sinyal atas juga sama nilai. walaupun pada sinyal bawah terbaca -100, dan sinyal atas terbaca +100. Akan tetapi tetap terbaca 100.

Jika kita perhatikan pada gambar D, jelas di situ terlihat bahwa watt AC selalu lebih rendah dari watt DC. Kok bisa? ya iyalah. Kan bidang birunya masih terlihat. Berarti ada sisa daya yang belum termanfaatkan.

Pada ampli kelas AB seperti OCl ini, effisiensi biasanya pada angka 0,6. Jika pada gambar di atas menyebutkan bahwa Watt DC adalah 240Watt, maka watt AC = 132 watt.

SKEMA OCL 150 VERSI PROTEUS V8.0

Berikut ini saya gambar sebuah skema OCL 150W dengan menggunakan software Proteus versi 8.0 .Disini kita memasukkan gambar satu persatu skema dari OCL 150W ini kedalam proteus untuk diteliti.

Penjelasan: Sinyal input adalah berbentuk sinus murni 100 Hz dengan amplitudo sinyal 1 Vp atau 0,707 V rms. Pendeteksi sinyal output menggunakan Virtual Osiloskop. Spiker terpasang adalah 8 Ohm.

UJI SIMULASI AUDIO OCL 150W DENGAN SINYAL 1 VRMS

Ketika Simulasi kita jalankan, maka akan nampak gambar sebagai berikut:

Dari gambar di atas nampak bahwa dengan input sinyal sebesar 1 V peak, maka hasil keluaran pada osiloskop nampak tidak terlihat sinus murni. Derajat sinyalnya pun berbeda. Yang satu adalah 5,7mS dan yang terakhir adalah 4,3mS. Ini jelas akan terdengar suara tidak enak di telinga.

Ah kok bisa? La wong kenyataannya ampli saya suaranya uweenak kok!

Nah. Pertanyaannya adalah ampli kita beri input berapa volt rms? Jangan-jangan inputan amplinya memang lebih kecil dari 1Vp?

Ya benar juga sih. Oke sekarang coba kita turunkan sinyal inputnya menjadi 0,5 Vp . Bagaimana hasil sinyal outputnya?

BENTUK SINYAL DENGAN INPUT 0,5 VP

Setelah saya turunkan sinyal sebesar 0,5Vp, maka hasilnya adalah sebagai berikut:

Di sini nampak bahwa sinyal sudah mulai membaik baik sisi atas maupun sisi bawah. Hanya saja pada sisi positif terjadi pemangkasan sinyal. Bentuk sinyal seperti ini tidak terasa buruk di telinga. Hanya saja dari sisi efisiensinya kita mengalami rugi sinyal.

Lho kok bisa? ya. Sebisa mungkin Vpp adalah 2 x supply, yakni 2 x 42VDC atau 84 Vpp. Lha ini cuman 51 Vpp. Kita rugi daya.

Terus bagaimana cara menaikkan effisiensi daya tertinggi dari ampli ini? Jawabnya adalah ya kita cari komponen mana saja yang membikin tidak bisa sampai “peak” atau puncak sinyalnya.

Sekarang kita coba menurunkan “gain” dari ampli ini. Sekarang resistor feedback ( R4 = 33K )coba kita turunkan ke angka yang lebih rendah. Misalnya 22K Ohm. Apa yang terjadi?

Ternyata output dari ampli malah semakin kecil. Ini jelas rugi efisiensi.

BERMAIN MAIN DENGAN RESISTOR FEEDBACK DAN RESISTOR BIASING

Selanjutnya coba kita naikkan kembali R4 menjadi 27K, akan tetapi R bias positip ( R8 ) dan ( R9 ) kita turunkan ke angka 2K. Seperti gambar di bawah ini:

dari sini akan terlihat bahwa sinyal menjadi lebih naik. Tegangan output menjadi 48 Vpp.

Selanjutnya R4 kita naikkan ke angka 33K semula, hanya saja R8 dan R9 kita turunkan ke angka 1k2 (R8) dan 1k5(R9). Tegangan input tetap 0,5 Vp dan frekwensi test tetap 100Hz. Maka silmulator menghitungkan bahwa masih bisa menghasilkan output sebesar 54 Vpp! Secara efisiensi, maka efisiensi tegangan adalah (54/(2×42)) = 64%. Ini sangat baik. Perlu kita ketahui bahwa kemampuan ampli kelas AB biasanya berkisar antara 0.55 sampai 0,77 tergantung desain oleh insinyur nya.

EFEK DARI MODIFIKASI OCL 150W : AMPERE DAN PANASNYA GIMANA?

Sebentar, apakah ini tidak berbahaya? Berapakah arus yang melalui transistor transistor ?

Setelah saya pasangkan sebuah Ampere Meter baik yang berujud Amper DC maupun AC, maka saya dapatkan informasi bahwa arus yang melalui Transistor driver ini adalah 100mA lebih. Jelas transistor ini membutuhkan Heatsink atau pendingin. Karena dengan arus 100mA ini transistor telah mengeluarkan daya sebesar 0,1 x 42V = 4,2 Watt!

Selanjutnya pada Transistor Final sendiri terjadi aliran arus yang cukup besar, yakni 1,6 Ampere AC. Maka transistor mengeluarkan daya sebesar 42V x 1,6 = 67,2 Watt. Jelas butuh Heatsink.

BERAPA WATT OUTPUT DARI AMPLI OCL 150W INI?

Jika pada osiloskop menayangkan sinyal out adalah 54Vpp, maka sinyal RMS nya adalah Vpp/2 x 0,707 = 54/2 x 0,707=19,089V atau 19.1Vrms.

Berarti arus yang melewati beban adalah 19,089 / 8 = 2,38 Ampere AC

JIKA BEBAN SAYA TURUNKAN MENJADI 4 OHM, APAKAH SINYALNYA TETAP BAGUS?

Ampli OCl OCL 150W ini sebetulnya rancangannya untuk melayani Spiker dengan impedansi sekitar 8 Ohm. Pertanyaannya: Bagaimana jika spiker ini kita pararalel? apakah semakin baik atau semakin beresiko? Oke mari kita kembali kepada papan uji. Sekarang beban kita rubah ke 4 Ohm. Maka hasil tangkapan sinyal osiloskop akan berubah seperti berikut ini:

Pada gambar di atas nampak ada sinyak terpotong pada tegangan 17 Volt! Padahal kita tahu bahwa supply tersedia 42Volt. Kenapa bisa terjadi hal demikian? Apakah karena arusnya tidak mencukupi?

Sekarang mari kita perhatikan. Berapa ampere yang lewat pada transistor final dengan beban 4 Ohm ini.

Kita ketahui bersama bahwa ampere pada transistor adalah 2.29 Ampere AC.

BAGAIMANA JIKA TRANSISTOR FINALNYA DI PARALEL?

Bagaimana jika transistor final di pararel? Jawabannya adalah sinyalnya tetap saja, cuman naik sedikit! Sekitar 20Vp

BAGAIMANA KALAU TAMBAH 1 TINGKAT LAGI?

Menambaah 1 tingkat lagi termasuk adalah salah satu cara untuk meningkatkan arus output. Akan tetapi menaikkan Arus output ini beresiko panas oleh Transistor Final juga lebih besar. Jadi meskipun melakukan paralel Transistor output memang menolong transistor final, akan tetapi tidak memperbaiki bentuk sinyal .

Sekarang coba kita tambahi rangkaian dengan 1 tingkat lagi. Skema transistor final adalah sebagai berikut:

Perhatikan gambar di atas. Walaupun kita tambah 1 tingkat, misalkan ada salah pasang resistor emitor, akan menjadi sama saja. Ini karena R14 dan R15 terlalu kecil, sehingga transistor Final tidak bisa berkerja dengan maksimal. Sekarang coba kita naikkan R10 dan R11 menjadi 560 Ohm, resistor R14 dan R15 menjadi 22 Ohm dan kita lihat bagaimanakah hasil sinyalnya.

Puncak sinyal bisa sampai ke 30 Vp atau 60 Vpp. Ini adalah sinyal terbaik yang bisa buat. Perlu anda ketahui di sini bahwa menurut Proteus, arus Output ke spiker 4 Ohm adalah 5,2 Ampere AC. Ini mulai berbahaya.

60Vpp ini jika mengukur memakai Volt Meter AC, akan menunjukkan sekitar 21.2 VAC dan sinyal masih bersih.

BERARTI INI SAMPAI BERAPA WATT?

Menghitungnya begini: ((vpp/2) x 0,707)²/Z = ((60/2)x0,707)²/4 = 112,46 Watt.

Berarti effisiensinya jadi berapa watt nih? Jawabnya begini:

Watt DC = vcc2 / 2Z = 42 ² / 2 x 4 = 220,5 WDC. Watt AC = 112,46 Watt . Effisiensi = 112,46/220,5 = 0.51 = 51%

Kok boros? ya iya. Semua ampli kelas AB tidak ada yang bereffisiensi 100%.

Transistor Final harusnya sudah bukan TIP3055 lagi, akan tetapi harus sudah memakai jenis transistor daya tinggi seperti transistor buatan SANKEN seperti pasangan A1295 / C3858 atau jenis lain yang anda kenal.

A1295 ini memiliki kemampuan hingga 200W menurut datasheet ini. Demikian juga dengan c3858, mampu hingga 200W menurut datasheet ini.

KESIMPULAN

Ampli 150W adalah judul dari sebuah rangkaian ampli kelas AB. Sejak tahun 90 kit ampli ini sudah ada.

Ampli 150W ini masih bisa di kastem dengan menambah 1 tingkat amplifier lagi. Dengan menambahkan dan percobaan lapangan, bisa kita bisa pastikan akan membuat ampli anda akan lebih effisien dan lebih enak dari biasanya.

Ampli ini sebetulnya membutuhkan daya sampai 5,2 Ampere AC secara teori untuk beban spiker 4 Ohm. Akan tetapi untuk memberi keleluasaan travo dalam mensupply, maka ada baiknya kita buat lebih. Jika Ampli anda berjenis dual amplifier untuk kepentingan stereo Hifi, maka kebutuhan Travo ya tentu saja harus 2 kali. Berarti siapkan travo dengan Ampere minimal 15 Ampere untuk memberi supply ampli pada posisi sinyal penuh.

Gambar sinyal sinus di atas BUKAN SINUS ASLI dari sebuah perangkat, akan tetapi ini adalah hasil kalkulasi tingkat tinggi sebuah perangkat lunak. Kita cukup memasukkan gambar dan komputer akan menhitungkan. Jadi skema skema di atas jangan dijadikan patokan wajib untuk ditiru. INI HANYA OPINI penulis.

Demikian tulisan ini. Semoga bisa anda jadikan bahan pertimbangan untuk modifikasi ampli OCL 150W anda. Wasalam.