Power Amplifier 50W

Penguat yang dirancang untuk segala kebutuhan dari paging dan Public Address (PA) hingga musik dan sistem pengolahan sinyal musik lainnya. Amplifier ini menghasilkan noise rendah dengan menggunakan preamplifier fet dan proteksi output.

Transistor 2N3055

Deskripsi Rangkaian

Walaupun ditujukan sebagai public address (PA), power amplifier dapat dihubungkan dengan preamplifier stereo hifi untuk menghasilkan output yang berkualitas tinggi. Preamplifier integral tidak cocok jika dihubungkan dengan unit ini mengingat tidak ada ekualisasi dan serangkaian sakelar yang tersedia. Walupun begitu, dapat digunakan pada berbagai sumber yang berbeda, seperti mikropon kristal, moving coil dan mikropon pita (ribbon) serta pickup keramik dan kristal; pickup gitar, unit gema dnan output dari tuner.

Diagram Blok

Rangkaian preamp hifi ditunjukkan pada Gb. 1 adalah versi mono, untuk membuatnya menjadi stereo perlu dirakit 1 unit lagi dengan rangkaian yang identik.

Bagian pertama adalah rangkaian penyeragam RIAA dua tahap, Ini digunakan mengkompensasi output yang sifatnya non-lineardari kartrid magnetik. Resistor R1 dan kapasitor C1 sesuai dengan impedansi atau kapasitansi output dari kartrid. Nilai ini pada umumnya sesuai dengan kebanyakan jenis kartrid namun dapat berubah menyesuaikan kebutuhan.

Komponen IC1 merupakan rangkaian terintegrasi dengan noise yang sangat rendah dan kualitas yang tinggi. Bersama dengan komponen feedback akan membentuk kurva penyeragaman RIAA dua-tingkat yang mana akan menguatkan frekuensi antara 30Hz dan 1kHz dan akan memotong frekuensi antara 1kHz dan 21kHz. Hal ini untuk menyesuaikan dengan karakteristik dari proses perekaman.

Tahap ini menghasilkan gain sebesar 32dB pada frekuensi acuan 1kHz dan menghasilkan output sebesar 80mV dari input sebesar 2mV. Karakteristik yang stabil membuatnya ideal pada berbagai aplikasi, bahkan jika output dari kartrid relatif rendah. Rangkaian dapat bekerja dengan sinyal lebih dari 2mV tanpa distorsi yang berarti.

Rangkaian Tone-Control

Komponen R3, R4 dan C3 membentuk filter low-pass untuk setengah bagian pertama dari penyeragam RIAA, menggunakan setengah dari IC1. R2 menentukan gain 24dB pada 1 kHz sementara C2 memjamin stabilitas. Resistor R5 berguna untuk mengkopel kedua tahapan RIAA. Komponen C4 dan R6 menentukan feedback terhadap respon dari tahapan kedua menggunakan setengah bagian yang kedua dari IC1 dan R6 mengatur gain sebesar 8dB pada 1kHz.

Sinyal yang masuk dipilih oleh sakelar S1 dan C5 untuk mendekopel sinyal dari berbagai sinyal dc. R8 berguna untuk mengatur impedansi, R9 dan R10 mengatur gain dari IC2a menjadi 16dB dalam range tersebut. Pada input nominal 100mV input, output akan menjadi 630mV, yang mana cukup untuk menggerakkan sebuah power amplifier.

Resistor R11 mengkopel tahap buffer untuk mengatur tahap tone control. VR1 berfungsi sebagai kontrol balance antara dua kanal yang identik. Output dari tape diambil dari titik ini untuk menjamin sinyal yang cukup memadai.

Kapasitor C6 mendekopel tahap buffer dari tone control yang berjenis Baxendall, yang akan menghasilkan nada bass dan treble, baik boost maupun cut. Sebuah sakelar defeat bekerja dengan mem-bypass rangkaian tone control tersebut, sehingga dapat membandingkan output antara kondisi flat maupun coloured dan menghilangkan noise yang mungkin dihasilkan oleh bagian tone control. Kontrol volume adalah VR4.

Catu daya 9V positif dan negatif yang dibutuhkan oleh IC LM833N, diberikan oleh 2 buah baterai PP3 dengan kebutuhan arus yang relatif kecil. Catu daya eksternal ±9V dapat digunakan namun dengan menambahkan rangkaian penyearah yang bersih dan komponen yang bagus untuk menjamin amplifier menghasilkan sinyal dengan noise rendah. Catu daya dapat dipilih menggunakan sakelar S3.

Spesifikasi

Transistor output komplementer, TRa dan TR3 memiliki basis yang terikat satu sama lain dengan dioda bias maju D1 dan D2; emitor juga membentuk rangkaian yang sering disebut dengan center-rail.

Rangkaian Center-Rail

Transistor driver TR1, dibias oleh R1 sehingga tegangan pada centre-rail adalah setengah dari tegangan supply. Kapasitor kopling output C2 mem-blok tegangan ini dari RL; nilai yang cukup besar dengan impedansi rendah dibandingkan dengan R1, pada frekuensi rendah. Maka dari itu, pada konfigurasi ini transistor output berlaku sebagai amplifierdengan dua buah emitter-fllower dari polaritas berlawanan namun dengan input bersama yang dikopel langsung ke driver, dan output bersama yang dikopel secara kapasitif ke beban.

Saat sinyal masuk, sinyal yang diperkuat akan keluar dari kolektor driver. Selama itu, saat sinyal ini bersifat positif mengacu pada stengah tegangan supply, TR3 adalah cutoff dan TR2 akan menguatkan arus. Saat sinyal bersifat negatif mengacu pada tegangan supply, TR2 akan cutoff dan TR3 akan menguatkan sinyal. Akibatnya kapasitor kopling C2 akan mengisi dan melepas muatan secara bergantian melalui beban oleh TR2 dan TR3.

Pencegahan Distorsi

Untuk mencegah cacat silang, arus bias diam dibiarkan melewati TR2 dan TR3. Hal ini memungkinkan tingkat output bekerja dalam mode kelas A untuk sinyal yang kecil, dengan demikian akan mengimbangi karakter cacat silang tersebut.

Arus diam yang stabil diberikan oleh penurunan tegangan pada dioda D1 dan D2.

Untuk mencegah dioda bias menghasilkan distorsi harmonik ke amplifier dan untuk mencapai ayunan tegangan output maksimum, resistor R2 di-bootstrap oleh C1. Ini akan menjaga tegangan yang konstan yang melewati R2 sehingga dioda akan dilewati arus yang konstan pula untuk mencegah arus yang tidak linier.

Keuntungan tambahan dari bootstrap adalah bahwa gain loop terbuka maksimum dari tahapan tersebut dapat dicapai.

Transistor Compound

Dalam penguat daya tinggi jenis ini tidak praktis untuk menggunakan transistor komplementer tunggal karena jenis daya tinggi yang dibutuhkan tidak memiliki nilai hfe yang cukup tinggi untuk memungkinkan amplifier dibuat efisien dan mempunyai keuntungan yang tinggi. Oleh karena itu biasa menggunakan berbagai kombinasi transistor dalam rangkaian yang berperilaku sebagai transistor tunggal.

Transistor Compound

Konfigurasi compound ini memiliki gain arus yang sangat tinggi dan kira-kira hampir sama dengan produk yang menggunakan transistor dengan nilai hfe yang tinggi. Pada rangkaian final, pengaturan emitter-follower (a) dan (b) seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas digunakan untuk menggantikan transistor TR2 dan TR3 masing-masing dari gambar-2.

Rangkaian tersebut sangat cocok untuk ini aplikasi karena masing-masing memiliki input melalui satu titik junction dari basis ke emitor. Artinya tegangan bias maju basis ke emitor bersifat independen dari suhu dari junction transistor output yang membuat rangkaian ini stabil.

Keuntungan lainnya adalah penggunaan transistor NPN lebih murah dan lebih mudah didapatkan daripada pasangan komplementer.

Breakdown Kedua

Transistor output diperlukan untuk mendisipasi sejumlah besar kekuatan yang sesuai dengan kemampuan mereka, tetapi jika disalahgunakan, seperti output yang terhubung singkat atau kondisi beban yang sangat reaktif, dengan mudah terjadi kerusakan, meskipun mereka mungkin beroperasi di bawah disipasi daya maksimumnya.

Hal ini disebabkan oleh fenomena yang dikenal sebagai “breakdown kedua" yang disebabkan oleh ketidakstabilan arus lateral yang melalui transistor ketika beroperasi pada tegangan dan arus yang relatif tinggi. Hal ini merupakan pengaruh terbesar pada pengoperasian dc, tetapi akan menurun dengan meningkatnya suhu dan frekuensi; kerusakan yang ditimbulkan biasanya bersifat permanen.

Rangkaian Proteksi

Amplifier diproteksi oleh dua sirkuit seperti yang ditunjukkan pada Gambar-4 untuk perlindungan transistor tunggal.

ara kerja rangkaian proteksi adalah sebagai berikut. Ketika tegangan pada basis TR1 mencapai kira-kira 0,6 volt, hal tersebut akan mengaktifkan transistor daya TR2. Ini terjadi ketika penjumlahan arus yang melalui R3 dan R4 menghasilkan tegangan sekitar 0,73 volt melintasi R1 dan R2.

Dioda D1 digunakan sebagai resistor non-linier dalam memberikan kompensasi suhu untuk sirkuit.

Sinyal Input 

Sinyal input tinggi dan rendah masing-masing melewati soket JK1 dan JK2. Sinyal input dari soket JK2 akan melewati rangkaian yang tersusun atas TR2, R3, dan R4. Resistor R1 berfungsi untuk mencegah peredaman berlebihan pada sinyal input high dengan masukan impedansi sumber yang rendah ke JK1 ketika mereka digunakan secara bersamaan.

Peredaman variabel dari kedua input ke front-end diatur oleh kontrol level VR1.

Preamplifier FET

Bagian front-end dari amplifier terdiri dari sebuah preamplifier FET dengan sumber bersama yang dientuk oleh TR1, R5, R6, dan C1. FET yang digunakan adalah adalah type N-channel. Dengan mode self -biased oleh R5 yang di-dekopel ke C1.

Gate diproteksi terhadap kerusakan yang diakibatkan oleh dioda silikon D1 yang mana dapat berlaku sebagai sirkuit terbuka pada level input normal namun bersifat menghantar ketika tegangan pada FET melebihi 0,6 volt.

Penguatan lebih lanjut diberikan oleh TR2 di tahap kedua. Di sini penguatan dibatasi oleh feedback negatif yang diberikan ke emitor oleh R9.

Tone Control dan Volume

Tahap ketiga terdiri atas kontrol bass dan treble VR3 dan VR2 dengan metode Baxandall.

Daftar Komponen

Rangkaian Preamplifier

Tahapan rangkaian di atas menghasilkan boost/cut nada bass dan treble yang dibutuhkan dengan menghasilkan jangkah pengaturan sangat lebar yang membuatnya berguna untuk special effects. Dengan pengaturan posisi tengah atau flat maka gain yang dihasilkan adalah sama.

Sakelar S1 berfungsi utnuk menggabungkan kedua channel atau disebut juga dengan Mix. Sakelar ini akan memberikan sinyal gabungan sinyal dengan masing-masing kontrol volume ke tahap Power Amplifier.

Rangkaian Power Amplifier

Preamplifier Stereo Hifi

Rangkaian preamp Hi-Fi ini dirancang dengan presisi tinggi untuk memberikan kualitas suara yang luar biasa, khususnya pada aplikasi vinyl yang membutuhkan pengolahan sinyal dari kartrid magnetik. Secara umum, preamp ini berfungsi untuk menguatkan sinyal lemah dari kartrid hingga mencapai tingkat yang cukup untuk diproses oleh amplifier utama.

Deskripsi Rangkaian

Rangkaian preamp Hi-Fi yang ditunjukkan pada Gambar 1 adalah versi mono. Untuk aplikasi stereo, cukup menambahkan satu unit lagi dengan rangkaian yang identik.

Bagian pertama dari rangkaian ini adalah penyeragam RIAA dua tahap, yang berfungsi untuk mengoreksi output non-linear dari kartrid magnetik. Resistor R1 dan kapasitor C1 disesuaikan dengan impedansi atau kapasitansi output kartrid. Nilai-nilai ini umumnya cocok untuk kebanyakan jenis kartrid, namun dapat disesuaikan sesuai dengan kebutuhan spesifik.

Komponen IC1 adalah rangkaian terintegrasi dengan tingkat noise yang sangat rendah dan kualitas suara yang sangat baik. Bersama dengan komponen umpan balik, IC ini membentuk kurva penyeragaman RIAA dua tahap yang memperkuat frekuensi antara 30Hz hingga 1kHz dan memotong frekuensi antara 1kHz hingga 21kHz, sesuai dengan karakteristik proses rekaman.

Tahap ini memberikan gain sebesar 32dB pada frekuensi referensi 1kHz, dengan output sebesar 80mV dari input 2mV. Dengan karakteristik yang stabil, rangkaian ini sangat cocok untuk berbagai aplikasi, bahkan saat output kartrid relatif rendah. Rangkaian ini mampu menangani sinyal lebih dari 2mV tanpa menghasilkan distorsi yang signifikan.

Gambar 1. Preamplifier Stereo Hifi

Komponen R3, R4, dan C3 membentuk filter low-pass untuk tahap pertama penyeragaman RIAA, yang menggunakan setengah bagian dari IC1. Resistor R2 mengatur gain sebesar 24dB pada 1kHz, sementara kapasitor C2 memastikan kestabilan rangkaian. Resistor R5 menghubungkan kedua tahap RIAA. Komponen C4 dan R6 mengatur umpan balik pada tahap kedua, yang menggunakan setengah bagian lainnya dari IC1, dengan R6 mengatur gain sebesar 8dB pada 1kHz.

Sinyal input dipilih melalui sakelar S1 dan kapasitor C5, yang berfungsi untuk memisahkan sinyal dari komponen DC. Resistor R8 mengatur impedansi, sementara R9 dan R10 mengatur gain pada IC2a, memberikan gain sebesar 16dB dalam rentang tersebut. Pada input nominal 100mV, output yang dihasilkan akan menjadi 630mV, cukup untuk menggerakkan power amplifier.

Resistor R11 menghubungkan tahap buffer untuk mengatur tone control. VR1 digunakan untuk mengatur keseimbangan antara kedua saluran yang identik. Output tape diambil dari titik ini untuk memastikan sinyal yang cukup kuat.

Kapasitor C6 memisahkan tahap buffer dari tone control tipe Baxendall, yang memungkinkan pengaturan nada bass dan treble, baik untuk meningkatkan (boost) atau mengurangi (cut) frekuensi. Sakelar defeat dapat digunakan untuk melewati rangkaian tone control, memungkinkan perbandingan antara output dalam kondisi flat atau coloured, serta menghilangkan noise yang mungkin dihasilkan oleh bagian tone control. Kontrol volume diatur menggunakan VR4.

Catu daya yang dibutuhkan untuk IC LM833N adalah ±9V, yang dapat disuplai menggunakan dua buah baterai PP3 dengan arus relatif kecil. Alternatifnya, catu daya eksternal ±9V dapat digunakan, namun harus dilengkapi dengan rangkaian penyearah yang bersih dan komponen berkualitas untuk memastikan amplifier menghasilkan sinyal dengan noise rendah. Catu daya dapat dipilih menggunakan sakelar S3.

Gambar 2. Daftar Komponen

Amplifier 20W dengan Tone Control

Amplifier ini dirancang dengan konsep sederhana dan hemat biaya, namun tetap mampu memberikan performa yang optimal. Dengan komponen yang tidak rumit dan mudah didapat, perangkat ini menjadi solusi efektif dan terjangkau untuk meningkatkan kualitas audio dalam penggunaan sehari-hari.

Amplifier ini dilengkapi dengan rangkaian tone control untuk pengaturan bass dan treble, sehingga pengguna dapat menyesuaikan karakter suara sesuai selera. Setiap kanal stereo mampu menghasilkan daya hingga 20W, dan perangkat ini dapat dioperasikan dengan catu daya 12V, termasuk dari aki mobil, sehingga praktis untuk penggunaan portabel maupun di kendaraan. Rangkaian tone control ini juga fleksibel dan bisa diterapkan pada amplifier lain sesuai kebutuhan.

Tone Control Stereo

Rangkaian tone-control ini memanfaatkan IC op-amp low-noise yang berisi dua penguat operasional dalam satu kemasan, sehingga sangat praktis untuk aplikasi stereo. Selain mudah diperoleh di pasaran, karakteristik noise yang rendah membuatnya ideal untuk pengolahan sinyal audio.

Pada bagian input non-inverting (pin 3 IC1), tegangan bias ditetapkan melalui resistor R7 dan R8 pada level sekitar 6V. Dengan adanya pembiasan ini, input inverting (pin 2) serta output op-amp (pin 1) ikut berada di level tegangan yang sama. Kapasitor C1 ditempatkan pada jalur input untuk menahan komponen DC—tanpa C1, tegangan 6V dapat masuk ke sumber sinyal. Namun demikian, C1 tetap memungkinkan sinyal AC audio melewati tahap ini menuju rangkaian tone-control.

Sinyal keluaran dari pin 1 kemudian dikembalikan ke input inverting melalui jaringan resistor–kapasitor yang terhubung ke potensiometer VR1 dan VR2. Kombinasi ini membentuk umpan balik negatif yang menentukan karakteristik tone-control. Peran kapasitor pada jaringan ini adalah mengatur respons frekuensi sehingga penguatan bass dan treble dapat diatur sesuai keinginan.

Secara prinsip, kapasitor akan menghalangi arus DC, namun pada sinyal AC ia bersifat seperti resistor yang nilai reaktansinya bergantung pada frekuensi. Pada frekuensi rendah, reaktansi kapasitor tinggi sehingga sinyal sulit melewati kapasitor, sedangkan pada frekuensi tinggi reaktansinya turun membuat sinyal lebih mudah mengalir. Kapasitor berkapasitansi besar akan lebih responsif terhadap frekuensi rendah, sementara kapasitor kecil lebih dominan bekerja pada frekuensi tinggi.

Deskripsi Rangkaian

Karena rangkaian ini menggunakan suplai tunggal, tegangan DC pada jalur sinyal harus ditetapkan di titik tengah suplai agar sinyal AC dapat berosilasi secara simetris. Dengan demikian, level DC rata-rata ditempatkan pada setengah dari tegangan suplai. Akibatnya, sinyal audio pada sisi kiri C1 berosilasi terhadap 0V, sedangkan setelah melewati C1, sinyal tersebut berayun di sekitar level bias 6V.

Resistor R7 dan R8 berfungsi sebagai pembagi tegangan yang menjaga input non-inverting (pin 3) IC1 tetap berada pada 6V. Kondisi ini menyebabkan input inverting (pin 2) dan output (pin 1) dari IC1 ikut stabil di titik kerja (bias) yang sama, sehingga op-amp dapat mengolah sinyal AC secara linear.

Kapasitor C1 ditempatkan di jalur input untuk mencegah tegangan DC sebesar 6V mengalir kembali ke sumber sinyal, namun tetap memungkinkan sinyal AC melewatinya tanpa hambatan yang berarti. Dengan kata lain, C1 berperan sebagai pemisah (coupling capacitor) antara sinyal AC dan DC.

Sinyal keluaran dari pin 1 kemudian dikembalikan ke input inverting (pin 2) melalui rangkaian resistor–kapasitor yang dihubungkan ke potensiometer VR1 dan VR2. Susunan ini membentuk umpan balik negatif yang menentukan karakteristik kontrol nada. Dengan mengubah posisi VR1 dan VR2, jumlah sinyal pada jalur umpan balik berubah sehingga mempengaruhi respons frekuensi sesuai pengaturan bass dan treble.

Secara teori, kapasitor menghalangi komponen DC namun menahan sinyal AC dengan besaran yang bergantung pada frekuensinya. Pada frekuensi rendah, reaktansi kapasitor tinggi sehingga sinyal sulit melewatinya. Ketika frekuensi meningkat, reaktansi menurun sehingga sinyal AC lebih mudah mengalir. Kapasitor yang bernilai besar lebih mampu melewatkan frekuensi rendah dibandingkan kapasitor kecil.

Karakteristik inilah yang membuat rangkaian tone-control bekerja: frekuensi rendah terhambat oleh kapasitor C2 dan C3, sementara frekuensi tinggi melewati jalur RC dengan lebih mudah. Hasilnya, pengguna dapat mengatur peningkatan atau pengurangan respons bass dan treble secara efektif melalui kontrol tone yang tersedia.

Kontrol Nada Bass

Jika pengaruh resistor R2 diabaikan, maka saat kontrol bass (VR1) diputar ke arah R3 atau posisi minimum (0%), penguatan pada frekuensi rendah akan ditentukan oleh perbandingan antara R3 dan total resistansi pada jalur umpan balik, yaitu (R1 + VR1). Sebagai contoh, rasio 10k/(100k + 10k) menghasilkan faktor sekitar 1:11. Hal ini menunjukkan bahwa pada frekuensi rendah, penguatannya menjadi kecil. Kondisi ini terjadi karena pada frekuensi sangat rendah, kapasitor C2 memiliki reaktansi tinggi sehingga hampir tidak menghantarkan sinyal — secara praktis bersifat seperti rangkaian terbuka.

Ketika frekuensi mulai meningkat, reaktansi C2 menurun sehingga sebagian sinyal mulai melewati kapasitor tersebut. Pada frekuensi yang cukup tinggi, C2 menjadi hampir sepenuhnya konduktif terhadap sinyal AC dan dapat dianggap sebagai hubungan langsung. Dalam kondisi ini, penguatan untuk frekuensi tinggi ditentukan oleh rasio R3 terhadap R1. Dengan nilai keduanya sama, misalnya 10k/10k, maka didapatkan penguatan sebesar 1 (unity gain).

Jika VR1 diputar ke arah R1 (posisi maksimum atau 100%), maka penguatan pada area frekuensi tinggi tidak berubah, tetap stabil, karena C2 pada frekuensi tinggi bersifat konduktif. Namun, pada frekuensi rendah — saat C2 kembali bersifat terbuka — penguatan akan bergantung pada rasio (R3 + VR1) terhadap R1. Dengan nilai perbandingan misalnya 10k/10k, hasilnya tetap menunjukkan penguatan sebesar 1.

Kontrol Nada Treble

Kapasitor C3 berperan penting dalam mencegah sinyal berfrekuensi rendah mempengaruhi kinerja rangkaian kontrol nada bagian treble. Dengan demikian, hanya frekuensi tinggi yang dapat diproses oleh bagian ini tanpa adanya interaksi yang tidak diinginkan dari sinyal bass.

Ketika potensiometer VR2 diatur ke arah R5 (posisi minimum atau 0%), penguatan pada frekuensi tinggi ditentukan oleh perbandingan antara nilai R5 dan jumlah resistansi R4 + VR2. Sebagai contoh, rasio 3,3kΩ terhadap 473kΩ menghasilkan penguatan yang sangat kecil untuk frekuensi tinggi.

Sebaliknya, ketika VR2 diputar ke arah R4 (posisi maksimum atau 100%), penguatan frekuensi tinggi dihitung dari rasio (VR2 + R5) terhadap R4. Misalnya 473kΩ/3,3kΩ, yang menghasilkan peningkatan penguatan (boost) treble yang signifikan. Nilai gain aktual ini juga dipengaruhi oleh posisi kontrol nada bass dan resistor R2, meskipun pengaturan VR1 sendiri tidak memberikan pengaruh langsung pada kontrol treble.

Apabila kedua kontrol nada (bass dan treble) diatur pada posisi maksimum (100%), maka pada frekuensi menengah sekitar 630Hz, nilai gain akan tetap mendekati unity (tidak terjadi boost maupun cut). Namun pada frekuensi rendah, sekitar 20Hz, sinyal dapat diperkuat atau dipotong hingga sekitar 7–8 kali lipat. Efek serupa juga terjadi pada frekuensi tinggi di sekitar 20kHz, yang juga dapat mengalami boost atau cut dalam rentang nilai yang sama.

Rangkaian juga dilengkapi dengan elemen stabilisasi frekuensi tinggi. Resistor R6 bersama kapasitor C4 bertindak untuk menurunkan penguatan pada frekuensi sangat tinggi, sehingga mencegah osilasi yang dapat mengganggu kestabilan op-amp.

Keluaran dari pin 1 IC1a memiliki level DC sekitar 6V. Kapasitor kopling C6 bertugas untuk menghilangkan komponen DC ini sehingga level keluaran kembali ke 0V, memungkinkan sinyal AC berayun simetris sebelum masuk ke tahap selanjutnya. Untuk menjaga agar sisi negatif C6 tetap berada pada level 0V, resistor R9 disertakan sebagai beban semu (dummy load).

Sementara itu, kapasitor C13 dan C14 berfungsi sebagai kapasitor decoupling pada suplai daya. Keduanya bertugas menjaga kestabilan tegangan dan meminimalkan noise atau gangguan yang dapat mempengaruhi sensitivitas rangkaian audio.

Hum

Pada kondisi ideal, rangkaian tone control tidak akan menimbulkan dengung (hum), baik ketika disuplai menggunakan aki maupun catu daya yang memiliki regulasi baik. Aki bahkan cenderung menghasilkan suplai yang sangat bersih karena tidak terhubung ke jaringan listrik AC.

Namun, dengung dapat muncul apabila sistem grounding tidak dirancang dengan benar. Ground yang kurang efektif—misalnya jalur ground terlalu panjang, penggunaan kabel yang tidak tepat, atau adanya ground loop—dapat menyebabkan noise masuk ke rangkaian sinyal audio dan terdengar sebagai hum pada output.

Tone Control menggunakan IC NE5532

Sebagai contoh, apabila dua rangkaian berbagi sumber tegangan yang sama dan masing-masing jalur ground dihubungkan ke titik 0V, arus balik (return current) dari kedua rangkaian dapat mengalir melalui jalur ground yang sama. Kondisi ini berpotensi menimbulkan ground loop, yang sering menjadi penyebab munculnya dengung (hum) pada sistem audio.

Apabila Anda mengalami gejala hum seperti ini, salah satu solusi sederhana yang dapat dicoba adalah memutus salah satu sambungan ground pada salah satu ujung rangkaian. Dengan menghilangkan loop pada jalur ground, interferensi dapat berkurang secara signifikan, bahkan sering kali hum dapat hilang sepenuhnya.

Power Amplifier

Rangkaian amplifier ini memanfaatkan IC TDA2004 atau TDA2005, yang memang dirancang untuk bekerja pada tegangan suplai 12V. Hal ini menjadikannya pilihan ideal untuk aplikasi audio di kendaraan, khususnya pada sistem audio mobil. Sumber daya dari aki mobil mampu menyediakan arus yang memadai dan dapat menopang penggunaan amplifier selama beberapa jam tanpa masalah.

IC ini juga telah dilengkapi dengan sistem proteksi internal yang akan memutus kerja IC secara otomatis ketika terjadi kondisi overload atau hubung singkat pada output. Fitur ini membantu mencegah kerusakan akibat beban berlebih. Namun, penting untuk diperhatikan bahwa penggunaan IC tanpa beban speaker tetap berpotensi menimbulkan kerusakan. Oleh karena itu, pastikan selalu bahwa speaker telah terhubung ke output IC sebelum rangkaian diberi daya, untuk menjaga kestabilan kerja dan mencegah kerusakan pada komponen.

Desain dan Pengaturan Mode Bridge

IC TDA2004/TDA2005 berisi dua penguat daya internal yang dapat dikonfigurasi dalam mode bridge-tied load (BTL). Dengan konfigurasi jembatan ini, kedua amplifier bekerja saling berlawanan fasa sehingga menghasilkan ayunan tegangan output yang lebih besar pada speaker dibandingkan mode single–ended. Hasilnya, IC mampu memberikan daya keluaran yang tinggi meskipun hanya menggunakan suplai 12V, seperti dari aki kendaraan.

Konfigurasi bridge tidak hanya meningkatkan efisiensi pemanfaatan tegangan suplai, tetapi juga memberikan performa audio yang lebih kuat dan bersih pada loudspeaker. Hal ini menjadikan IC ideal untuk sistem audio mobil yang mengandalkan tegangan rendah namun membutuhkan daya keluaran yang cukup besar.

Untuk sistem stereo, dibutuhkan dua modul power-booster yang sama—masing-masing untuk kanal kiri dan kanan—beserta komponen pendukungnya. Dengan pengaturan ini, pengguna dapat menikmati kualitas audio stereo yang lebih dinamis, jernih, dan bertenaga di dalam kendaraan.

Rangkaian Mono dan Stereo

Rangkaian amplifier menggunakan IC TDA2004/TDA2005 ini dapat dilihat pada diagram yang menampilkan kebutuhan tegangan suplai beserta konfigurasi dasar rangkaiannya. Diagram tersebut menunjukkan pengaturan mode mono, di mana satu unit rangkaian digunakan untuk menguatkan satu saluran audio saja.

Apabila dibutuhkan sistem stereo, maka diperlukan dua rangkaian amplifier yang identik—masing-masing berfungsi sebagai kanal kiri dan kanan. Dengan menggunakan dua unit yang sama, sistem dapat menghasilkan audio stereo yang lebih imersif dan natural.

Dengan desain yang sederhana namun efektif, amplifier berbasis IC TDA2004/TDA2005 ini menjadi pilihan praktis dan ekonomis untuk aplikasi audio di kendaraan. Selain mudah diinstalasi dan tidak memerlukan banyak komponen eksternal, IC ini juga dibekali fitur proteksi internal untuk mencegah kerusakan, menjadikannya solusi audio yang andal dan tahan lama untuk penggunaan di mobil.

Amplifier 20W menggunakan IC TDA2005

Sinyal audio masuk ke rangkaian melalui potensiometer VR1a yang berfungsi sebagai pengatur level volume. Setelah level sinyal diatur, sinyal diteruskan ke kapasitor kopling C1, yang bertugas menghilangkan komponen DC agar hanya sinyal AC audio yang masuk ke tahap penguat berikutnya. Dari C1, sinyal kemudian dipasok ke input IC1 pada pin 1.

Loudspeaker (LS1) dikendalikan oleh dua output IC1 yang bekerja secara bridge-tied load (BTL), di mana kedua amplifier internal beroperasi dalam kondisi berlawanan fasa. Ketika salah satu output berada pada level tegangan tinggi, output lainnya berada pada level rendah. Konfigurasi ini menghasilkan ayunan tegangan yang lebih besar pada speaker, sehingga meningkatkan daya output secara efisien. Dengan rancangan ini, amplifier mampu menghasilkan daya hingga 20W pada speaker impedansi 2Ω.

Penggunaan speaker dengan impedansi lebih tinggi tetap memungkinkan amplifier beroperasi dengan baik, meskipun daya keluaran akan sedikit menurun. Kendati demikian, sistem masih mampu meredam noise dengan efektif, terutama bila dipasangkan dengan speaker ber-efisiensi tinggi.

Untuk menjaga stabilitas kerja dan mencegah gangguan frekuensi tinggi, kapasitor C3, C8, dan C11 berfungsi sebagai kapasitor decoupling lokal. Komponen-komponen ini membantu menekan kemungkinan osilasi, meminimalkan gangguan pada suplai daya lokal, serta menjaga performa amplifier tetap optimal.

Catu Daya

Amplifier ini dapat disuplai langsung dari aki 12V, dengan catatan harus dipasang sekering (fuse) yang sesuai untuk mencegah kerusakan akibat arus berlebih. IC masih mampu beroperasi dengan stabil hingga tegangan sekitar 16V. Namun, penggunaan tegangan yang lebih tinggi berisiko meningkatkan tingkat noise, terutama karena gangguan listrik dari sistem pengapian mesin atau sumber interferensi lainnya.

Untuk memperoleh performa yang optimal dan meminimalkan potensi noise, disarankan menggunakan catu daya yang dirancang sesuai dengan skema yang disertakan pada diagram rangkaian. Penggunaan catu daya yang tepat akan menjaga kestabilan tegangan, meningkatkan kualitas reproduksi suara, serta memastikan amplifier bekerja secara andal dalam berbagai kondisi penggunaan.

Catu daya 12 Vdc

Trafo T1 harus memiliki output sebesar 9Vac, yang kemudian akan disearahkan oleh penyearah bridge REC1 menjadi tegangan DC. Setelah proses penyearahan, tegangan disaring oleh kapasitor C23 dan C24 sehingga menjadi sekitar 12Vdc yang dibutuhkan untuk mensuplai rangkaian amplifier.

Untuk hasil yang optimal, disarankan agar trafo mampu menyediakan arus 1 hingga 4 kali lebih besar dari kebutuhan arus amplifier. Kapasitas arus yang lebih besar memberikan cadangan (headroom) untuk mengatasi lonjakan arus sesaat dan menjaga kestabilan catu daya, sehingga kinerja amplifier tetap maksimal dan bebas gangguan selama beroperasi.

Daftar Komponen Power dan Supply 

Trafo yang direkomendasikan untuk rangkaian amplifier ini adalah trafo 50VA dengan tegangan keluaran 9V. Lilitan primer trafo harus disesuaikan dengan tegangan listrik standar di negara tempat amplifier akan digunakan, agar trafo dapat beroperasi dengan aman dan efisien.

Untuk performa terbaik, trafo jenis toroidal sangat disarankan. Meskipun harganya sedikit lebih tinggi dibandingkan dengan trafo EI (konvensional), trafo toroidal memiliki keunggulan utama berupa medan magnet bocor yang sangat rendah. Keunggulan ini mengurangi risiko interferensi elektromagnetik terhadap rangkaian audio, sehingga kualitas sinyal tetap bersih, stabil, dan bebas noise.