Amplifier 140W dengan MOSFET

Advertisement

Power-amplifier ini mampu menghasilkan daya total 140W rms (stereo) pada beban speaker 4Ω.
Asalnya, rancangan amplifier dengan power-MOSFET ini pernah dipublikasikan oleh majalah Elektor dengan nama “Mini Crescendo”.
Spesifikasinya bagus, memenuhi kriteria Hi-fi dan cacat distorsinya sangat rendah. Wajar saja jika hingga bertahun-tahun kemudian rancangan ini masih tetap banyak diminati oleh para perakit/hobbyst elektronika di seluruh dunia.
Pada tulisan ini akan diulas tentang perakitan dengan sedikit modif, yaitu penggantian komponen transistor power MOSFET tipe lama dengan tipe yang lebih baru. Kendala terbesar untuk bisa merakit rancangan amplifier ini terletak pada ketersediaan transistor power-MOSFET aslinya yang kini konon sudah tidak beredar lagi. Tetapi dengan menggunakan tipe ekivalen rancangan amplifier ini masih bisa diwujudkan.
Pada ulasan ini akan disertakan juga pola layout PCB berikut tata-letak komponennya yang sudah dilakukan modifikasi untuk penyesuaian dengan komponen-komponen (terutama elco) yang lebih umum.

Sekilas spesifikasi Amplifier 140W Stereo MOSFET :
Power output perkanal : 50W pada beban speaker 8Ω (daya total 100W stereo), dan 70W pada beban speaker 4Ω (daya total 140W stereo).
Sensitifitas input : 590mV rms untuk beban speaker 8Ω, dan 490mV rms untuk 4Ω
Impedansi input : 30kΩ (1nF)
Tanggapan frekwensi : 4Hz...55kHz (-3dB) pada impedansi output sumber sinyal 600Ω
THD maks. : 0,03% pada range frekwensi 20Hz...20kHz, power output maks. 70W (speaker 8Ω) dan maks. 90W (speaker 4Ω).

Diagram skematik amplifier MOSFET

Daftar komponen :
R1,R6 = 33k
R2,R19,R20 = 2k2
R3 = 10Ω
R4 = 1k
R5 = 10Ω/1W
R7,R8,R9,R10 = 150Ω
R11,R12,R13,R14 = 3k3
R15,R16 = 82Ω
R17,R18 = 4k7/1W
R21,R22 = 2k7
R23,R24 = 220Ω
R25a...R25e = 1Ω/1W
R26a...R26e = 1Ω/1W
R27 = 1Ω/1W
C1a,C1b = 3,3uF/25V
C2 = 223 (mika/milar)
C3 = 102 (mika/milar)
C4,C5 = 220uF/25V
C6,C7 = 224 (mika/milar/MKT)
C8,C9,C10,C11 = 100uF/10V
C12,C13 = 334 (mika/milar/MKT)
C14,C15 = 100uF/63V
D1,D2 = Zener 3,9V/400mW
D3,D4 = Zener12V/400mW
D5,D6 = 1N4148
T1,T2,T6 = BC546B
T3,T4,T5 = BC556B
T7 = BC560C
T8 = BF470
T9 = BC550C
T10 = BF469
T11 = K1058
T12 = J162
F1,F2 = fuse 2A.
L1 = 20 lilit (10lilit + 10 lilit, dililit dua tumpuk) diameter kawat email 0,8-1mm, dililitkan pada R27.

Pada rancangan aslinya, kondensator input C1 menggunakan tipe non-polar 1,5uF. Kondensator seperti ini agak sulit didapat, karena itu C1 digantikan saja dengan dua kondensator seri C1a dan C1b.
Dua elco 3,3uF yang disusun seri seperti itu akan menghasilkan kondensator non-polar 1,5uF. Lihat penjelasan tentang ini dalam : Memungsikan elco menjadi kondensator non-polar/bipolar

T11 dan T12 adalah transistor lateral MOSFET berpasangan (komplementer), menggantikan pasangan lateral MOSFET aslinya yaitu K135 dan J50.
Meskipun kedua transistor ini masih bisa menggunakan tipe yang sedikit di bawahnya, yaitu K1057 dan J161, tapi K1058 dan J162 direkomendasikan sebagai pilihan utama. Karakteristik K1058 dan J162 sangat mirip dengan K135 dan J50 meskipun bentuk casing-nya berbeda.
Karateristik yang paling penting dari transistor MOSFET yang digunakan pada rangkaian ini adalah sifatnya yang khusus, di mana terdapat pengaruh negatif suhu terhadap tegangan bias G-S yang berefek dapat menurunkan arus Drain. Karena itu tidak diperlukan kompensasi panas dengan transistor atau dioda di antara gate kedua transistor akhir. Cukup dilakukan penyetelan bias langsung melalui VR1 saja.
Meskipun lateral MOSFET lainnya mempunyai sifat ini juga, tapi karateristiknya tidak seperti K135-J50, K1057-J161, atau K1058-J162 yang memang ideal untuk rangkaian ini.
Karena itu T11 dan T12 tidak dapat digantikan oleh sembarang power-MOSFET lain semisal IRFP240, IRFP250, 10N20, BUZ33 atau yang lainnya beserta pasangan-pasangannya.

Unit power-supply
Rangkaian ini dapat menggunakan power-supply no. 10 pada tabel yang telah disampaikan dalam tulisan : Power supply untuk OCL
Silakan merujuk kepada ulasan tersebut. Namun untuk keamanan, sebaiknya C1 dan C2 pada tabel itu menggunakan elco 10.000uF/63V.

PCB Mini Crescendo modif
PCB yang disertakan berikut ini telah disesuaikan dengan komponen-komponen rubahan seperti C1a, C1b, T11 (K1058) dan T12 (J162). Semua elco yang digunakan juga telah disesuaikan untuk elco yang lebih umum beredar di pasaran.
Silakan unduh file-nya di sini : PCB Mini-Crescendo-Modif

Penyetelan tegangan bias atau arus stasioner
Jika semua komponen telah terpasang, tegangan bias untuk gate T11 dan T12 perlu disetel terlebih dahulu. Penyetelan ini untuk menetapkan arus stasioner bagi kedua transistor akhir. Caranya adalah sebagai berikut :

• Pastikan bahwa semua komponen telah terpasang dengan baik dan tidak ada yang salah (termasuk penempatan T11 dan T12 pada heatsink). Sambungkan titik input (in.) ke titik ground input (gnd) dengan sedikit kabel kecil pendek. *Gantilah F1 dan F2 masing-masing dengan resistor 10Ω/1W, dan taruh VR1 pada posisi minimum (putar ke arah paling kiri).
• Sambungkan rangkaian dengan power-supply, lalu hidupkan power-supply. Ukurlah dulu tegangan antara saluran output speaker (spkr) dengan ground menggunakan AVO-meter posisi DCV 50. Seharusnya tegangan praktis nol Volt (kalaupun ada mungkin hanya beberapa milivolt). Jika tegangan terukur ada beberapa Volt atau lebih, maka berarti masih ada kesalahan pada pemasangan komponen atau masalah lainnya. Perlu diperbaiki dulu hingga beres.
• Jika tidak ada masalah, ukurlah tegangan pada salah satu resistor 10Ω/1W dengan AVO-meter posisi DCV2,5. Perhatikan polaritasnya, jangan salah. Setelah itu perhatikanlah penunjukan tegangan.
  Sambil memperhatikan penunjukkan tegangan, putarlah VR1 perlahan hingga tegangan terukur menunjukkan 1V. Ini berarti arus stasioner yang mengalir pada resistor 10Ω/1W dan juga pada drain MOSFET sudah sebesar 100mA.
  Itu sudah cukup.

Untuk memastikan kestabilan setelan arus stasioner, tunggulah hingga beberapa menit dalam keadaan rangkaian dihidupkan sebagaimana di atas, setelah itu ukur kembali tegangan pada resistor 10Ω/1W.
Apakah tegangan menaik?
Jika menaik, setel lagi VR1 hingga tegangan kembali menunjukkan 1V. Ini dilakukan beberapa kali hingga tegangan pada resistor tidak lagi berubah.

Jika sudah selesai, matikan power-supply dan gantilah kembali kedua resistor 10Ω/1W dengan fuse 2A, lalu lepaskan penyambungan input dengan ground.
Rangkaian pun siap dicoba dengan sinyal audio. Sambungkan input rangkaian ke output sebuah tone-control.

Demikianlah ulasan Amplifier 140W dengan MOSFET . Silakan mencoba bagi yang ingin mencoba.
Sebagai penutup, perlu saya sampaikan bahwa proyek praktek ini bukan untuk para pemula.

Good luck!