!!CARA MEMBUAT AMPLIFIER!! Prinsip Kerja Catu Daya Linear sTm_pRycom..? | | | |
Written by ElectronicLab |
Sunday, 18 January 2009 06:18 |
Perangkat elektronika mestinya dicatu oleh suplai arus searah DC (direct current) yang stabil agar dapat dengan baik. Baterai atau accu adalah sumber catu daya DC yang paling baik. Namun untuk aplikasi yang membutuhkan catu daya lebih besar, sumber dari baterai tidak cukup. Sumber catu daya yang besar adalah sumber bolak-balik AC (alternating current) dari pembangkit tenaga listrik. Untuk itu diperlukan suatu perangkat catu daya yang dapat mengubah arus AC menjadi DC. Pada tulisan kali ini disajikan prinsip rangkaian catu daya (power supply) linier mulai dari rangkaian penyearah yang paling sederhana sampai pada catu daya yang ter-regulasi. PENYEARAH (RECTIFIER) Prinsip penyearah (rectifier) yang paling sederhana ditunjukkan pada gambar-1 berikut ini. Transformator diperlukan untuk menurunkan tegangan AC dari jala-jala listrik pada kumparan primernya menjadi tegangan AC yang lebih kecil pada kumparan sekundernya. gambar 1 : rangkaian penyearah sederhana Pada rangkaian ini, dioda berperan untuk hanya meneruskan tegangan positif ke beban RL. Ini yang disebut dengan penyearah setengah gelombang (half wave). Untuk mendapatkan penyearah gelombang penuh (full wave) diperlukan transformator dengan center tap (CT) seperti pada gambar-2. gambar 2 : rangkaian penyearah gelombang penuh Tegangan positif phasa yang pertama diteruskan oleh D1 sedangkan phasa yang berikutnya dilewatkan melalui D2 ke beban R1 dengan CT transformator sebagai common ground.. Dengan demikian beban R1 mendapat suplai tegangan gelombang penuh seperti gambar di atas. Untuk beberapa aplikasi seperti misalnya untuk men-catu motor dc yang kecil atau lampu pijar dc, bentuk tegangan seperti ini sudah cukup memadai. Walaupun terlihat di sini tegangan ripple dari kedua rangkaian di atas masih sangat besar. gambar 3 : rangkaian penyearah setengah gelombang dengah filter C Gambar 3 adalah rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor C yang paralel terhadap beban R. Ternyata dengan filter ini bentuk gelombang tegangan keluarnya bisa menjadi rata. Gambar-4 menunjukkan bentuk keluaran tegangan DC dari rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor. Garis b-c kira-kira adalah garis lurus dengan kemiringan tertentu, dimana pada keadaan ini arus untuk beban R1 dicatu oleh tegangan kapasitor. Sebenarnya garis b-c bukanlah garis lurus tetapi eksponensial sesuai dengan sifat pengosongan kapasitor. gambar 4 : bentuk gelombang dengan filter kapasitor Kemiringan kurva b-c tergantung dari besar arus I yang mengalir ke beban R. Jika arus I = 0 (tidak ada beban) maka kurva b-c akan membentuk garis horizontal. Namun jika beban arus semakin besar, kemiringan kurva b-c akan semakin tajam. Tegangan yang keluar akan berbentuk gigi gergaji dengan tegangan ripple yang besarnya adalah : Vr = VM -VL …....... (1)
dan tegangan dc ke beban adalah Vdc = VM + Vr/2 ..... (2) Rangkaian penyearah yang baik adalah rangkaian yang memiliki tegangan ripple paling kecil. VL adalah tegangan discharge atau pengosongan kapasitor C, sehingga dapat ditulis : VL = VM e -T/RC .......... (3) Jika persamaan (3) disubsitusi ke rumus (1), maka diperoleh : Vr = VM (1 - e -T/RC) ...... (4) Jika T <<>e -T/RC » 1 - T/RC ..... (5) sehingga jika ini disubsitusi ke rumus (4) dapat diperoleh persamaan yang lebih sederhana : Vr = VM(T/RC) .... (6) VM/R tidak lain adalah beban I, sehingga dengan ini terlihat hubungan antara beban arus I dan nilai kapasitor C terhadap tegangan ripple Vr. Perhitungan ini efektif untuk mendapatkan nilai tengangan ripple yang diinginkan. Vr = I T/C ... (7) Rumus ini mengatakan, jika arus beban I semakin besar, maka tegangan ripple akan semakin besar. Sebaliknya jika kapasitansi C semakin besar, tegangan ripple akan semakin kecil. Untuk penyederhanaan biasanya dianggap T=Tp, yaitu periode satu gelombang sinus dari jala-jala listrik yang frekuensinya 50Hz atau 60Hz. Jika frekuensi jala-jala listrik 50Hz, maka T = Tp = 1/f = 1/50 = 0.02 det. Ini berlaku untuk penyearah setengah gelombang. Untuk penyearah gelombang penuh, tentu saja fekuensi gelombangnya dua kali lipat, sehingga T = 1/2 Tp = 0.01 det. Penyearah gelombang penuh dengan filter C dapat dibuat dengan menambahkan kapasitor pada rangkaian gambar 2. Bisa juga dengan menggunakan transformator yang tanpa CT, tetapi dengan merangkai 4 dioda seperti pada gambar-5 berikut ini. gambar 5 : rangkaian penyearah gelombang penuh dengan filter C Sebagai contoh, anda mendisain rangkaian penyearah gelombang penuh dari catu jala-jala listrik 220V/50Hz untuk mensuplai beban sebesar 0.5 A. Berapa nilai kapasitor yang diperlukan sehingga rangkaian ini memiliki tegangan ripple yang tidak lebih dari 0.75 Vpp. Jika rumus (7) dibolak-balik maka diperoleh. C = I.T/Vr = (0.5) (0.01)/0.75 = 6600 uF. Untuk kapasitor yang sebesar ini banyak tersedia tipe elco yang memiliki polaritas dan tegangan kerja maksimum tertentu. Tegangan kerja kapasitor yang digunakan harus lebih besar dari tegangan keluaran catu daya. Anda barangkalai sekarang paham mengapa rangkaian audio yang anda buat mendengung, coba periksa kembali rangkaian penyearah catu daya yang anda buat, apakah tegangan ripple ini cukup mengganggu. Jika dipasaran tidak tersedia kapasitor yang demikian besar, tentu bisa dengan memparalel dua atau tiga buah kapasitor. REGULATORRangkaian penyearah sudah cukup bagus jika tegangan ripple-nya kecil, namun ada masalah stabilitas. Jika tegangan PLN naik/turun, maka tegangan outputnya juga akan naik/turun. Seperti rangkaian penyearah di atas, jika arus semakin besar ternyata tegangan dc keluarnya juga ikut turun. Untuk beberapa aplikasi perubahan tegangan ini cukup mengganggu, sehingga diperlukan komponen aktif yang dapat meregulasi tegangan keluaran ini menjadi stabil. Rangkaian regulator yang paling sederhana ditunjukkan pada gambar 6. Pada rangkaian ini, zener bekerja pada daerah breakdown, sehingga menghasilkan tegangan output yang sama dengan tegangan zener atau Vout = Vz. Namun rangkaian ini hanya bermanfaat jika arus beban tidak lebih dari 50mA. gambar 6 : regulator zener Prinsip rangkaian catu daya yang seperti ini disebut shunt regulator, salah satu ciri khasnya adalah komponen regulator yang paralel dengan beban. Ciri lain dari shunt regulator adalah, rentan terhadap short-circuit. Perhatikan jika Vout terhubung singkat (short-circuit) maka arusnya tetap I = Vin/R1. Disamping regulator shunt, ada juga yang disebut dengan regulator seri. Prinsip utama regulator seri seperti rangkaian pada gambar 7 berikut ini. Pada rangkaian ini tegangan keluarannya adalah : Vout = VZ + VBE ........... (8) VBE adalah tegangan base-emitor dari transistor Q1 yang besarnya antara 0.2 - 0.7 volt tergantung dari jenis transistor yang digunakan. Dengan mengabaikan arus IB yang mengalir pada base transistor, dapat dihitung besar tahanan R2 yang diperlukan adalah : R2 = (Vin - Vz)/Iz .........(9) Iz adalah arus minimum yang diperlukan oleh dioda zener untuk mencapai tegangan breakdown zener tersebut. Besar arus ini dapat diketahui dari datasheet yang besarnya lebih kurang 20 mA. gambar 7 : regulator zener follower Jika diperlukan catu arus yang lebih besar, tentu perhitungan arus base IB pada rangkaian di atas tidak bisa diabaikan lagi. Dimana seperti yang diketahui, besar arus IC akan berbanding lurus terhadap arus IB atau dirumskan dengan IC = bIB. Untuk keperluan itu, transistor Q1 yang dipakai bisa diganti dengan tansistor darlington yang biasanya memiliki nilai b yang cukup besar. Dengan transistor darlington, arus base yang kecil bisa menghasilkan arus IC yang lebih besar. Teknik regulasi yang lebih baik lagi adalah dengan menggunakan Op-Amp untuk men-drive transistor Q, seperti pada rangkaian gambar 8. Dioda zener disini tidak langsung memberi umpan ke transistor Q, melainkan sebagai tegangan referensi bagi Op-Amp IC1. Umpan balik pada pin negatif Op-amp adalah cuplikan dari tegangan keluar regulator, yaitu : Vin(-) = (R2/(R1+R2)) Vout ....... (10) Jika tegangan keluar Vout menaik, maka tegangan Vin(-) juga akan menaik sampai tegangan ini sama dengan tegangan referensi Vz. Demikian sebaliknya jika tegangan keluar Vout menurun, misalnya karena suplai arus ke beban meningkat, Op-amp akan menjaga kestabilan di titik referensi Vz dengan memberi arus IB ke transistor Q1. Sehingga pada setiap saat Op-amp menjaga kestabilan : Vin(-) = Vz ......... (11) gambar 8 : regulator dengan Op-amp Dengan mengabaikan tegangan VBE transistor Q1 dan mensubsitusi rumus (11) ke dalam rumus (10) maka diperoleh hubungan matematis : Vout = ( (R1+R2)/R2) Vz........... (12) Pada rangkaian ini tegangan output dapat diatur dengan mengatur besar R1 dan R2. Sekarang mestinya tidak perlu susah payah lagi mencari op-amp, transistor dan komponen lainnya untuk merealisasikan rangkaian regulator seperti di atas. Karena rangkaian semacam ini sudah dikemas menjadi satu IC regulator tegangan tetap. Saat ini sudah banyak dikenal komponen seri 78XX sebagai regulator tegangan tetap positif dan seri 79XX yang merupakan regulator untuk tegangan tetap negatif. Bahkan komponen ini biasanya sudah dilengkapi dengan pembatas arus (current limiter) dan juga pembatas suhu (thermal shutdown). Komponen ini hanya tiga pin dan dengan menambah beberapa komponen saja sudah dapat menjadi rangkaian catu daya yang ter-regulasi dengan baik. gambar 9 : regulator dengan IC 78XX / 79XX Misalnya 7805 adalah regulator untuk mendapat tegangan 5 volt, 7812 regulator tegangan 12 volt dan seterusnya. Sedangkan seri 79XX misalnya adalah 7905 dan 7912 yang berturut-turut adalah regulator tegangan negatif 5 dan 12 volt. Selain dari regulator tegangan tetap ada juga IC regulator yang tegangannya dapat diatur. Prinsipnya sama dengan regulator OP-amp yang dikemas dalam satu IC misalnya LM317 untuk regulator variable positif dan LM337 untuk regulator variable negatif. Bedanya resistor R1 dan R2 ada di luar IC, sehingga tegangan keluaran dapat diatur melalui resistor eksternal tersebut. Hanya saja perlu diketahui supaya rangkaian regulator dengan IC tersebut bisa bekerja, tengangan input harus lebih besar dari tegangan output regulatornya. Biasanya perbedaan tegangan Vin terhadap Vout yang direkomendasikan ada di dalam datasheet komponen tersebut. Pemakaian heatshink (aluminium pendingin) dianjurkan jika komponen ini dipakai untuk men-catu arus yang besar. Di dalam datasheet, komponen seperti ini maksimum bisa dilewati arus mencapai 1 A. --end-- Selama menggeluti dunia ngutak-ngatik pemancar FM, cukup banyak kenangan dan liku-liku yang melibatkan banyak hal. Saya coba hadirkan beberapa yang tidak ter-ekspose. Sejak pertengahan tahun 2004 saya sudah mulai mengurangi kegiatan ini karena kesibukan dengan pekerjaan.
Gambar di atas adalah ketika masih di rumah kontrakan yang lama, dan baru sekitar 1 tahun lebih, belum memiliki ruang kerja yang memadai. Dummy Load, yang selalu setia menemani. Sekarang alat ini tidak lagi pada saya dan selalu melanglang buana ke teman-teman, hingga saat ini. Kit produk dari BroadcastWarehouse dari Inggris, setalah ditempatkan pada kotak yang cukup bagus (bukan seperti pada gamabar), kemudian kami jual karena ada teman yang berminat. Pengembangan dari PCB ini saya buat menjadi "DOUBLE" menggunakan transistor 2SC1946A dan 2SC2782. Sayang tidak sempat saya teruskan lagi, karena waktu yang tersita oleh kerjaan demi memenuhi kebutuhan dapur. Koleksi perangkat tua Disamping itu kami juga memiliki perangkat radio tua dan spare part tabung. Beberapa koleksi radio (transceiver) seperti Collins masih berfungsi dengan baik. Terlihat dalam parade foto-foto di bawah ini, merupakan sebagian kecil koleksi yang kami punya. Kebetulan ruangan yang dulunya juga ruang kerja sekaligus tempat penyimpanan alias gudang kini jarang kami gunakan lagi mengingat tempat nya berada di lantai atas.
Beberapa koleksi radio tabung all-band Yang ini macam-macam bentuk nya Koleksi tabung Koleksi tabung lainnya Koleksi radio tabung Collins Beberapa yang aneh-aneh Wah yang ini, campuran... Pemancar FM TabungPertengahan Februari 2002, saya iseng-iseng ingin membuat pemancar FM menggunakan tabung, kedengarannya mustahil tapi kenyataanya membuat/ pemancar FM tabung ini merupakan kebanggaan tersendiri. Betapa tidak, dari beberapa koleksi tabung yang saya miliki ternyata ada yang bisa dimanfaatkan untuk membuat Oscilator FM.
Sebelum merakit terlebih dahulu yang saya lakukan adalah mencari data sheet dan referensi rangkaian skematik-nya. Ternyata mendapatkan contoh skematik pemancar FM tabung ini dari situs-situs seperti Belanda, Jerman, Italy, Francis dan Yugoslavia. Kalau dilihat semuanya dari daerah Eropa. Pada awal pembuatannya saya menggunakan PCB metrix dan power supply bekas radio transceiver SSB tabung sedangkan tabung nya menggunakan type EL84 sebagai oscilator dengan RF output sekitar 2 watt. Tidak hanya sampai disini, pengembangan berlanjut akhirnya menggunakan tabung 12AT7A (ECC81/6201) yang bisa digunakan dirangkaian audio pre-amplifier. 12AX7 (ECC82) juga bisa bekerja sebagai oscilator FM. Untuk tingkat driver-nya kami gunakan tabung QQE03/12 (6380) dengan RF ouput sekitar 10 watt. Sebagai penguat ahkir tabung QQE 06/40 dengan power output sekitar 80 watt. Permancar tabung ini sempat mengudara beberapa bulan dan diunakan untuk ngeberik saja, antenna yang digunakan adalah Ringo. Hasil nya cukup memuaskan. Kini pemancar ini diistirahatkan dan tersimpan baik baik Untuk lebih jauh mengenai PLL yang menggunakan TC9122 bisa berkunjung ke www.geocities.com/sindanita. Antenna Dipol Gamma MatchOktober 2003 saya membuat 2 antena dipol gamma match beserta power devider-nya. Hanya sayang saya tidak bisa menggunakannya terlalu lama karena kondisi pemasangannya pada tiang sangat tidak memungkin. Hingga kini saya masih menggunakan ringo 5/8 lambda. Saya menggunakan antena dipol gamma match adalah sebagai alternatif saja. Awalnya saya hanya menggunakan jenis ringo 5/8 lambda. Tapi karena ada tantangan lain maka saya menggunakan antena dipol gamma match yang saya buat sekitar pertengahan 2002. Sempat mengudara selama kurang lebih 2 tahun. Power devider dari 1/2" tubing tembaga sepangjang 1/4 lambda dan masukkan kedalam 1" tubing aluminium bentuk persegi. Untuk konentor saya pilih yang type N. Untuk lebih jelasnya bisa lihat beberapa gambar dibawah ini.
Selesai Dibuat
Seorang teman yang memiliki perangkat pemancar FM buatan Broadcastwarehuse, Inggris, sudah menggunakan prototipe ini dan hasilnya sangat baik. Power Amplifier RF BLF278 300WPembuatan Power Amplifier RF BLF278 adalah kesinambungan dari PLL + MPX Stereo + 2SC1947 yang saya buat pada Oktober 2002, dan sebagaimana saya sampaikan bahwa modul PLL ini saya berikan ke pada teman di Sumatra. Proses pembuatan hingga rampung memakan waktu cukup lama. Saya memulainya pada pertengahan Oktober 2002 yaitu hanya sebatas PCB-nya saja. Kemudian pada bulan Mei 2003 pengerjaan diteruskan lagi, kali ini pemasangan coax semi-rigid 50 ohm. Kemudian pada bulan Juni hingga Oktober 2003 pengerjaan dilanjutkan lagi. Cukup memakan waktu lama karena harus berburu komponen seperti ferrite toroid (VHF). Resistor saya pesan dengan teman yang berada di Jakarta. Komponen ini didapat di pasar Glodok. Menurut pengalaman, ferrite toroid untuk HF tidak berfungsi dengan baik dan cenderung menghasilkan panas. Awal November Power Amplifier BLF278 sudah rampung. Proses tuning menggunakan exiter BW PLL 1W dan menghasilkan power output 100w. Kemudian menggunakan exiter 7w di-drive ke input menghasilkan power output 300w lebih, namun kondisinya sangat kritis dan akhirnya BLF278 rusak. Setelah BLF278 diganti (kebetulan memiliki stock) kemudian di-drive dengan input 3w hasilnya sangat ideal, 300w. Gunakan transistor 2SC1947 untuk men-drive PA RF BLF278.
Dari Applikasi Philips
Untuk keperluan tegangan 48vDC saya menggunakan 2 transformer masing-masing 24v 20A. Sebenarnya ingin sekali menggunakan 1 transformator 48v 20A saja, namun karena di Balikpapan agak sulit mendapatkannya. Kedua Trafo ini dirangkai serial setelah melalui 2 dioda penyearah. Untuk regulator menggunakan 2N3773 dan 7824, kaki tengah (negatif) dihubungkan ke dioda zener 27v. Pada gambar terlihat saya menambahkan switch timer 10 detik, dimaksudkan agar power amplifier ini tidak bekerja bersamaan saat power supply baru dihidupkan.
Dengan alasan efisien maka saya tidak menggunakan power amplfier ini lagi karena bentuk fisiknya yang memakan tempat. Sebagai gantinya kini saya menggunakan produk BW Amplifier 300 yang juga menggunakan BLF278. Membuat lagi PLL + MPX Stereo + 2SC1947Awal Oktober 2002 saya membuat lagi modul pemancar PLL FM dengan struktur yang sama dengan sebelumnya. Perbedaannya disini adalah MPX Stereo dan PLL/VFO saya buat menjadi satu PCB. Perbedaan lainnya adalah saya tidak menggunakan 2SC1971 sebagai RF outputnya tetapi diganti dengan 2SC1947. Pada awalnya saya ingin menggabungkannya dengan RF Power Amplifer BLF278. Namun karena ada teman di Sawalunto, Sumatra, yang tertarik ingin menggunakannya dan mengganti exciter yang ada di sana maka saya mengirimkannya. Menurutnya sempat mengudara hampir 1 tahun, tapi setelah itu tidak lagi karena perangkat tersebut dicuri orang yang tidak bertanggung jawab! Lucunya hanya exciternya saja yang dicuri!
Bagian keseluruhan
Mei 2004 saya memperbanyak modul PCB PLL ini, dan hasilnya sudah banyak teman-teman di Balikpapan yang menggunakan. Bahkan ada yang sudah mengkomersialkan ke instansi tertentu!
Bagian PA RF diganti menggunakan 2SC2782Januari 2002 saya melakukan beberapa perubahan seperti pada bagian buffer 2SC2053 hanya mengganti resistor untuk tegangan bias. Bagian final 2SC2053 diganti dengan 2SC1971. Dengan perubahan ini output RF yang dihasilkan sekitar 3 watt. Sedangkan RF Power Amplifier 2SC1971 diganti menggunakan 2SC1946A dan 2SC2782. Dengan RF PA ini daya output yang dihasilkan bisa mencapai 100 lebih watt pada tegangan 15 volt DC. Total arus terukur pada struktur rangkaian pemancar ini sebesar 14 amper DC. Terlihat disini bahwa bagian PA board (2SC1946A & 2SC2782) pernah terbakar pada bagian jalur PCB-nya dikarenakan miss-tuned dan saya ganti dengan plat dan kawat tembaga. PCB PA RF harus menggunakan bahan dari fiber 2 sisi (double layer) dan setiap titik/lubang pada jalur dimaksudkan untuk menghubungkan sisi atas dan bawah. Gunakan kawat tembaga yang kurang dari 1mm dan di-solder atas dan bawah, lihat gambar PCB dan layout penataan komponen pada gambar di bawah. Daftar Komponen:
Lihat: PCB dan penataan komponen Catatan:
Power Amp Guitar 1000WAmplifier 18WAmplifier :P1_____________22K Potentiometer Power supply:R9______________2K2 Simple Amplifier untuk PC (5ch) |
0 komentar:
Posting Komentar