Linear Amplifier KERE 50 watt

Resah mencoba membuat berbagai linear amplifier sesuai skema yang beredar di jagad hombro dan belum berhasil membuat yang powernya cukup besar, akhirnya saya memutuskan membuat sendiri untuk yang kesekian kalinya. Berhubung waktu pelajran penguat Push Pull saya ketiduran, maka saya bikin yang Single Ended saja. Di samping rangkaiannya sederhana, merakitnya lebih cepat, dan yang paling penting jika terjadi musibah maka korban jiwa hanya 1 orang eh … hanya sebutir irex saja. Dengan demikian frekuensi eksperimen bisa lebih sering sehingga kemungkinan menemui keberhasilan juga lebih besar.
Akhirnya sampailah pada skema yang sudah 75 % berhasil sebagai berikut :

Skema Linier 50 Watt

Hasil solder menyolder adalah sebagai berikut :

Single Ended 50W
Nah rangkaian saya test pada frekuensi 6,995 MHz, arus idle Drain 100 mA, input dari driver impedansi 50 ohm dan power sekitar 5 – 7 Watt, exciter transceiver SSB Ararinha dari PY2OHH OM Miguel.  Dengan power supply 25 Volt bisa menarik arus 3,0 – 3,5 Ampere dan tegangan RF pada dummy load 50 ohm adalah 55 Volt, atau setara dengan power 60 Watt.  Tapi perlu diingat, pengetesan dilakukan pada rangkaian yang belum dipasang Low Pass Filter.
Apakah sudah bisa mancar ?  Saya kurang tahu, tetapi Field Strength Meter yang tergeletak pada jarak 20 cm dari AVOmeter yang saya pakai mengukur output tegangan RF ternyata jarumnya bergerak2 sampai mentok sekalipun kabel inputnya tidak ditempelkan ke sumber sinyal.  Apakah terjadi karena pancaran RF atau bukan saya belum bisa memastikannya untuk saat ini.  Sorry ya, Brow.

Bagaimana proses saya merancang rangkaian tersebut, kita ikuti Episode berikut ini :

A.  INPUT

Saya punya driver dengan impedansi output 50 ohm sehingga harus mendapat beban 50 ohm juga supaya daya bisa tersalur optimal.  Bentuknya berupa autotrafo RF jadi perlu dihitung induktansinya dulu.  Rencananya kita mau gabung geng orong2 maka frekuensi tengah berada di 6,995 MHz.

Rumusnya kalo tidak salah  XL = 2 x Pi x f x L  dimana XL dalam ohm, f dalam Hertz dan L dalam Henry

L  = XL / ( 2 x Pi x f )

= 50 / ( 2 x 3,14 x 6995000 )

=  1,14 uH

Saya coba ambil kawat email sembarang saja yang diameternya tidak terlalu tipis, dicoba gulung pada benda terdekat juga ada spidol kecil langsung gulung disitu 5 lilit terus diukur pakai LC meter.  Ternyata dapat 0,32 uH padahal saya butuh 1,14 uH.

Perbandingan lilitan = akar kuadrat dari perbandingan L

= akar kuadrat ( 1,14/0,32 )

= akar kuadrat 3,5625

= 1,89

Sehingga jumlah lilitan untuk 1,14 uH adalah 1,89 x 5 lilit = 9,45 lilit maka kita bulatkan saja jadi 10 lilit.
Sesudah saya ukur panjangnya koil 10 lilit itu kira2 ada 7 mm maka kira2 kawat emailnya diameter 0,7 mm dan kokernya pakai spidol kecil Snowman warna merah.

Oke Boss, sekarang sinyal RF harus masuk ke Mosfet berapa impedansinya ?  Saya mau pake IRF540 maka dilihat pada data sheet pada input IRF ada kapasitif  Ciss = 1960 pF perlu kita hitung impedansinya.

XC = 1 / ( 2 x Pi x f  x C )  dimana  XC dalam ohm, f dalam Hertz dan C dalam Farad.

= 1 / ( 2 x 3,14 x 6995000 x 1960 x 10 pangkat -12 )

= 1 / 0,0861

= 11,6 ohm

Kita sudah punya koil 50 ohm dengan jumlah 10 lilit, dimana posisinya 11,6 ohm ?  Kita pakai rumus perbandingan impedansi dan lilitan seperti di atas.

Perbandingan lilitan = akar kuadrat dari perbandingan L

= akar kuadrat ( 11,6/50 )

= akar kuadrat 0,232

= 0,48

Sehingga posisi 11,6 ohm adalah pada 0,48 x 10 lilit = 4,8 lilit kita bulatkan saja pada 5 lilit.  Tapi, saya dapat wangsit pakai 4 lilit saja makanya saya pilih perbandingan 4 lilit untuk ke Mosfet dan ditambah 6 lilit untuk input dari Driver.  Anda mau pilih berapa lilit terserah saja kan resikonya ditanggung sendiri hehehe . . .

B.  POWER

Untuk sementara bagian input sudah beres Boss, sekarang timbul pertanyaan penguat irex ini mau ditarget berapa watt outputnya ?  Berdasarkan pengalaman bahwa Power Mosfet yang tidak dirancang untuk penguat linier ini paling2 penguatannya antara 5 sampai 10 kali saja.  Mengingat driver saya power outputnya 8 watt sambil teriak2, paling juga 5 watt kalau ngomong santai, maka saya targetkan output 75 watt saja dulu.

Saya punya power supply 25 Volt 10 Amper, jadi berapa beban yang harus diberikan pada Drain irex ?

XDrain = VCC kuadrat / ( 2 x Power ) dimana😄 dalam ohm, VCC dalam Volt dan Power dalam Watt

= 25 kuadrat / ( 2 x 75 )

= 625 / 150

= 4,17 ohm

TAPI Boss, untuk beban koil di kolektor atau Drain ini biasanya dikalikan 4 atau 5 kali minimal.  Saya pilih 5 kali saja ya jadi pada Drain perlu diberi beban 5 x 4,17 = 20,85 ohm.  Berapa induktansi koil yang harus dipasang disitu ?  Pakai rumus lagi Boss . . .

L  = XL / ( 2 x Pi x f )

= 20,85 / ( 2 x 3,14 x 6995000 )

=  0,475 uH

Saya merencanakan untuk transfer daya pada output menggunakan ferit tubing, maka saya kumpulkan stock yang ada dan coba2 dipasangi kabel dan diukur pakai LC meter.  Ternyata ada yang induktansinya sekitar 0,5 – 0,6 uH ya saya pakai tubing yang satu itu.  Pemasangannya pakai kabel serabut biasa yang agak besar kira2 cukup melewatkan arus sekitar 4 sampai 5 Amper saja, dan cukup 1/2 lilit  alias kabel hanya dilewatkan dari satu ujung tubing ke ujung lainnya lewat lubang tengah, sama sekali tidak dililitkan.  Begitu Bosss . . .

C.  OUTPUT

Biasa ya Boss, output kita rancang untuk impedansi 50 ohm.  Sementara pada Drain kita punya impedansi 4,17 ohm ya kita pakai rumus lagi deh.

Perbandingan lilitan = akar kuadrat dari perbandingan L

= akar kuadrat ( 50/4,17 )

= akar kuadrat 12

= 3,46

NAH LO.  Kalau dibulatkan jadi 4 maka untuk lilitan sekunder 4 x 0,5 lilit jadi 2 lilit.  Bisa sih dibuat, tapi konstruksinya jadi aneh.  Akhirnya saya pilih 3 kali 0,5 lilit = 1,5 lilit saja sehingga lilitan tetap bisa mulai pada satu ujung tubing, melingkari tubing dan keluar di ujung tubing yang satu lagi, Lebih praktis dari segi konstruksi toh kalau kurang pas bisa kita koreksi setelah eksperimen.

Jadi begitulah bagaimana saya mendapatkan perincian komponen pada skema di atas.  LANJUTKAN BOSS.

D.  Hasil Eksperimen :

1.  Semula pakai IRF540, semuanya mati gara2 sebagai berikut :
–  Salah membaca skala pada AVOmeter analog waktu menyetel bias, dikira tegangan masih 2 Volt diputar terus ternyata melebihi 4 Volt langsung korslet.
–  Sesudah mengatur tegangan bias ternyata ground untuk supply mosfet belum terhubung ke exciter.  Begitu dihubungkan keluar bunga api mosfet juga korslet.

–  Sesudah mengatur bias dengan betul ground sudah terhubung, pindah kabel supply dari meteran mA ke meteran Ampere keluar bunga api, korslet juga.

–  Semua sudah terhubung dengan betul, dicoba transmit pada dummy load bicara santai bisa menarik arus sampai 5 Ampere.  Dicoba berbicara agak lantang meteran mentok tapi selesai bicara amper tidak mau turun akhirnya korslet lagi.  Belum sempat melihat tegangan RF-nya keburu mati huh . . .

–  Habis sudah stok IRF540 demikian juga stok sikring 10 Amper tinggal 1 biji.  Dipasang ulang, cari sisa mosfet bongkar2 laci dan plastik kresek tempat komponen.

2.  Ketemu stok mosfet IRF830, parameternya berbeda dengan IRF540 tapi dicoba sajalah.  Ada 2 biji masih bisa untuk perbaikan.  Dari eksperimen terakhir jelas rangkaian sudah bisa dipakai sebagai penguat tapi muncul ketidakstabilan saat ada sinyal besar.  Saya coba pasang dioda zener 16 Volt back to back sebagai pengaman di Gate tapi begitu di ON kan rangkaian malah korslet.  Zener saya pindah sebelum kapasitor kopling input tapi rasanya kok tidak meyakinkan akhirnya saya cabut lagi.  langkah terakhir saya pasang resistor 22 ohm/2 Watt paralel 2 buah sesudah koil input.  Langsung dicoba Boss . . .
Ternyata dengan metode standar testing pemancar, teriak AAAAAA dan WOOOO-KEEEEEE, rangkaian bisa menarik arus antara 3 – 3,5 Amper, kadang2 sampai ke 4 Amper dan jarum amper langsung kembali ke tempat semula.
SIIIIPPP  Lah . . .
Tegangan RF terukur 55 Volt pada dummy load 50 ohm, belum dipasangi Low Pass Filter.

Ingat ya Boss, saya mengatur bias pada idle current di Drain hanya 100 mA saja.  Kalau lebih dari itu, di 120 mA atau 150 mA cenderung naik lagi sedikit2 saya belum tahu sampai berapa banyak kenaikannya, jika terlalu besar akan membahayakan dan membunuh mosfetnya.
Saya belum mencoba untuk komunikasi sehingga belum tahu bagaimana kualitas modulasi yang dipancarkan.

3.  Kemungkinan pengembangan :
–  Disesuaikan impedansi ke irex, menyesuaikan nilai Ciss IRF830 atau jenis lain yang dipergunakan.
–  Mencoba merubah jumlah lilitan pada koil output, bisa jadi rumus saya di atas kurang betul hehehe . . .
–  Kasih tegangan untuk Final yang lebih besar, misalnya 50 Volt atau lebih sesuai kemampuan irex-nya.  Siap2 meletus ya Boss hehehe . . .

CATATAN :

Mohon maaf sebelumnya, perhitungan di atas cuma dari campur aduk memori saya dan belum cross check dengan buku primbon alias vademekum.  Silahkan mengikuti dengan resiko ditanggung sendiri, kalau saya salah mohon dikoreksi.

Selamat bereksperimen.

UPDATE :
1.  Pasang LPF frek cut off 9 MHz 5 pole, power turun 50 %.  Waduhh . . .
2.  Dicoba test transmit agak lama, driver panas dan arus idle abnormal.  Indikasi beban output driver kurang cocok, coba lihat primbon.
KOREKSI :  Penghitungan impedansi input, untuk nilai koil seharusnya juga dikalikan 4 atau lebih.  Sehingga untuk input 50 ohm maka koilnya harus impedansi 200 ohm atau lebih.  Untuk skema di atas maka yang semula 10 lilit menjadi 19 lilit.
Tap ke gate mosfet, karena saya ganti IRF830 dengan Ciss sekitar 600 pF impedansi kira2 39 ohm, dikalikan empat, akhirnya jumlah lilitan 17 lilit.
3.  Bongkar driver 8 Watt, dicoba pakai 1,0 Watt saja pakai Linier Amplifier Class A.  Output sesudah LPF bisa 8 Watt.

4.  KOREKSI LAGI :  sesudah dilakukan pengukuran ulang terhadap koil output maka yang dinyatakan 1/2 lilit di atas sebenarnya adalah 1 lilit, karena pakai tubing hanya satu dianggap seperti toroid biasa yaitu dihitung 1 lilit begitu melewati lubang tengahnya.  Pada ferit binokuler kawat email dalam 1 lilit melewati 2 lubang, sehingga apabila melewati hanya 1 lubang dihitung 1/2 lilit.  Kayaknya kok begitu hehe . . .
5.  Mencoba merubah lilitan sekunder pada koil final.  Yang semula dikatakan 1,5 lilit (padahal 2 lilit karena 2 kali melewati lubang tengah), dinaikkan jadi 3 lilit.  Power malah menurun sehingga lilitan sekunder dikembalikan seperti semula.

6.  SELEP ( Self Oscillation)
Sesudah berbagai penyesuaian di atas ternyata terjadi gejala seperti ini :  Pada saat PTT dipijit untuk transmit indikator arus Drain masih menunjukkan arus idle normal sekitar 100 mA.  Ketika saya bicara didepam mic WOOOOKEEEE maka arus naik ke 2 – 3 Ampere.  Begitu berhenti bicara maka jarum amper turun, tetapi tidak kembali ke posisi arus idle melainkan diam pada arus 1 – 1,5 Ampere.  Ini mengindikasikan penguat RF bergetar sendiri alias SELEP.
Yang saya kerjakan adalah mengurangi bias sampai jarum amper turun ke posisi arus idle, PTT di off kan atau dilepas.  Dicoba kembali seperti di atas, sampai jarum amper tidak nangkring lagi, kembali ke posisi idle current begitu kita selesai bicara.
Tentunya setelah penyetelan ini ada kemungkinan arus idle tidak lagi 100 mA tapi nilai itulah yang paling tepat untuk penguat linier kita sesuai beban yang ada.  Silahkan dicoba setelah test dengan dummy load langsung dipasang ke antenna.  Ada kemungkinan kita harus menyetel ulang supaya pas dan tidak selep lagi.  Perlu diketahui arus idle ini bisa sampai serendah 20 mA saja jadi tidak perlu ragu-ragu mulai dari arus yang kecil saja dulu.

Eksperimen selanjutnya : menambah driver pakai irex 10 Watt.  Apakah powernya bisa 10 W x 8 = 80 Watt sesudah LPF ?  Lanjutkan Brow . . .

UPDATE :
Versi lain dari Si KERE, dikecilkan menyesuaikan ukuran heatsink :

Lin 13 - 18 Watt
Mosfet yang digunakan adalah IRF830. Perbedaan dengan Si KERE adalah tidak dipasang rangkaian RC feedback dari Drain ke Source, kemudian pada Gate tidak ada resistor 10 ohm diganti ferrite bead (dari trafo IF jadul, ferit-nya bolong).  Pada output juga sudah dipasang Low Pass Filter 3 pole.
Rangkaian ini dirancang untuk 12,5 Watt dengan power supply 25 Volt.  Ditest menggunakan exciter Ararinha input power 1 Watt, output tegangan RF pada dummy load bisa 25 – 28 Volt atau power sekitar 12 – 15 Watt.

 

UPDATE :
Bagi anda yang benar2 perlu acuan menghitung induktor/koil, saya sudah coba buat dan ukur untuk impedansi 50 ohm = 4,55 uH :
Jumlah 36 lilitan pada koker spidol kecil Snowman atau yang sejenis.  Panjang lilitan = 2,5 cm dengan kawat email 0,7 mm.
Dipersilahkan menyesuaikan simulasi hitungan koil sebelumnya dengan update terakhir ini.

z

About jagawana80m

Mencoba menikmati dunia amatir melalui eksperimen.

Posted on 07/05/2013, in Uncategorized. Bookmark the permalink. 13 Komentar.

  1. mantabhh bener, habis tenol seperempat gulung😀

    • Hahaha iseng2 doang bang, kok ada yang nekat ngelapisin pake tenol bisa habis satu ons HAHAHA

      • dulu, jaman dahulu kala, tenol segulung kalau ga salah 2,5 ons harganya 10 rebu, sekarang 50 rebu, nyesel😦
        wah, tenol tenol, eh om suhu ini pake pengaman dari asap timah nggak, katanya berbahaya

  2. siip om, bs dicontek tuh rumusnya!!

  3. berarti maen di 40 m donk??

    • Betul om, masih dicoba teruuussss sampai terbang hehe . . .
      Untuk 80 meternya istirahat dulu om, belum bisa naikin antennanya. Kalau 40m saya sudah ada inverted V pasang seadanya dulu,

  4. Arus idle drain 100ma dpt darimana pak bob?

    • Power supply jangan di ON kan dulu. Pasang mA meter antara koil drain dengan plus power supply. Trimpot bias diputar mentok kiri atau wiper tengah menuju ke ground.
      Power supply di ON kan, meter seharusnya tidak bergerak (nol).
      Putar trimpot pelan2, hati2 kalau sudah mendekati titik tengah. Jarum mA akan mulai bergerak.
      Terus putar sampai meter menunjukkan 100 mA. Biarkan beberapa saat untuk pemanasan, koreksi lagi jika penunjukan meter bertambah, kembalikan ke 100 mA dengan memutar trimpot ke arah berlawanan.
      Harap diingat pengaturan ini hanya pada tahap awal. Setelah penguat linier digunakan seandainya terjadi self osilasi maka biasanya bias perlu disesuaikan lagi.
      Ciri2 self osilasi adalah pada saat tidak ada sinyal jarum amper menunjukkan arus lebih besar daripada arus idle. Ada beberapa variasi antara lain begitu diberi modulasi jarum amper menunjukkan nilai tinggi dan tidak kembali sesudah kita selesai bicara (jarum juga tidak bergerak sesuai modulasi). Atau jarum kembali dan mengikuti modulasi tetapi kembalinya di posisi lebih besar daripada arus idle.
      Apabila terjadi seperti ini maka perlu ditempuh cara2 menghilangkan osilasi seperti memasang RC feedback antara Drain dengan Gate, memasang resistor nilai kecil secara seri pada Gate atau bisa juga ferrite bead, dll. Kadang2 self osilasi ini juga disebabkan nilai tegangan bias yang terlalu tinggi maka bias bisa kita kurangi sedikit2 sampai gejala osilasi hilang.
      Pengaturan bias juga bermanfaat mendapatkan efisiensi yang memadai dari penguat, yaitu menarik arus yang besar dengan output RF yang besar pula.
      Selamat bereksperimen.

  5. erick Immanuel

    om, kalau input rf nya ngga sampe 5W gmna?

  6. Salam kenal om.
    Saya sudah coba skema diatas, yang jadi pertanyaan, rangkaian saya arus drain nya sudah nge-poll duluan padahal trimpot bias masih mengarah ke ground (0V). Sudah beberapa irex tewas karenanya.
    Mungkin ada tips n trick nya om.
    Trims om.

    • Saya rasa skemanya sudah betul dan eksperimen saya juga tidak bermasalah. Barangkali bisa tolong digambarkan bagaimana rangkaian yg sudah dibuat mungkin ada pemasangan kaki2 komponen yg keliru. Atau trimpot biasnya bermasalah dikira menuju ke titik nol volt atau ground, ternyata malah pol di 5 Volt. Sebaiknya pada waktu cek tegangan bias, tegangan ke drain diputus dulu.
      Pada saat setting bias, inputnya jangan dihubungkan ke driver. Ada kemungkinan drivernya osilasi dan powernya cukup besar sehingga tanpa bias sudah bisa membuat irek menghantar.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: