Linier Amplifier 100 Watt 50 Volt

Saya sempat berdiskusi dengan rekan amatir radio David Umboh dan Hendi Windura tentang banyak beredarnya power supply switching dengan tegangan sekitar 48 – 56 Volt. Banyak orang yang melakukan modifikasi agar tegangannya dapat diturunkan menjadi 12 – 13,6 Volt saja sehingga dapat dipergunakan untuk mendukung komunikasi radio pada spektrum High Frequency.

Mungkinkah kita menggunakan power supply tersebut tanpa modifikasi, pada rangkaian penguat linier misalnya ?

Pada kesempatan kali ini ilham mampir ke tempat saya sehingga kita mencoba rangkaian di bawah ini :

20181009_104156-1

.

20181009_104210-1

.

Setelah dirangkai dan disolder beginilah penampakannya :

20181009_071548

Rangkaian telah dicoba beberapa kali mosfetnya korslet dan diganti, sampai akhirnya ganti PCB dan disolder kembali.

Kesimpulan sementara bahwa rangkaian Penguat Linier dengan power output 100 Watt dan tegangan 50 Volt dapat dibuat dengan hasil yang memadai.  Pengamatan sementara menunjukkan tegangan bias mosfet sekitar 2,8 V – 3,0 V dan arus idle pada Drain untuk 2 mosfet sekitar 4 mA. Harap dibedakan dengan arus yang dibutuhkan rangkaian bias yaitu sekitar 13,0 – 13,5 mA.

Untuk mendapatkan hasil yang sempurna dan efisien tentunya masih membutuhkan eksperimen lebih lanjut.

 

HASIL EKSPERIMEN :

Ide rancangan penguat linier ini dapat kita bahas berurutan mulai input sampai output dengan asumsi tegangan power supply adalah 56 V, ketika dimodulir turun menjadi 50 V, sehingga di dalam perhitungan kita menggunakan tegangan 50 V.  Input RF berasal dari exciter atau pesawat pemancar QRP dengan power 3 – 5 watt, dengan impedansi 50 ohm.  Eksperimen dilaksanakan pada band 40 meter dengan frekuensi terendah 6,970 MHz.

Attenuator

Rangkaian attenuator berupa 3 resistor 2 watt disisipkan pada input penguat linier untuk menjamin sumber sinyal berupa exciter / pemancar QRP mendapat terminasi impedansi 50 ohm.  Demikian pula impedansi input penguat linier dipastikan 50 ohm. Rangkaian attenuator di sini sengaja dipilih yang hambatannya kecil.  Silahkan browsing “50 ohm attenuator resistor values” untuk mendapatkan nilai-nilai resistor yang sesuai dengan berbagai tingkat peredaman.

 

Trafo Input

Trafo RF pada input berfungsi sebagai penyesuai impedansi dari 50 ohm kepada impedansi gate mosfet yang dipergunakan.  Pada rangkaian penguat push pull ini trafo input juga berfungsi menyediakan sinyal yg balans untuk mosfet pada masing-masing sisi.  Perhitungan trafo input adalah sebagai berikut :

Lilitan Primer

Impedansi input = 50 ohm, maka nilai induktansi trafo pada lilitan primer minimal 4 x 50 ohm = 200 ohm.

XL = 6,28 x F x L

L  = XL / (6,28 x F)

L = 200 / (6,28 x 6,970 x 10^6)

L = 4,57 uH

 

Lilitan Sekunder

Impedansi gate mosfet tergantung nilai Ciss mosfet.  Untuk IRFP250N pada datasheet Ciss sekitar 2.159 pF tetapi pada pengukuran diperoleh sekitar 4.100 pF.

XCiss = 1 / (6,28 x F x Ciss)

XCiss = 1 / (6,28 x 6,970 x 10^6 x 2159 x 10^-12)

XCiss = 10,6 ohm

Apabila kita memasukkan nilai Ciss sebesar 4.100 pF maka akan diperoleh XCiss = 5,6 ohm.

Untuk mengakomodasi input rangkaian push pull maka saya memilih impedansi sekitar 15 ohm yang berada di tengah antara 11,2 ohm dengan 21,2 ohm.

Selanjutnya saya mencoba memilih beberapa toroid dan mencoba menggulung serta mengukur nilai induktansinya.  Yang saya anggap cocok adalah toroid FT 50 – 43 dengan diameter sekitar 1 cm, ketika digulung 5 lilitan memberikan nilai 10,6 uH sekitar 2 kali lipat dari yang diharapkan untuk lilitan primer 4,57 uH.  Anggap sajalah faktor Q yang semula kita beri angka 4, sekarang kita hitung angka 6 atau 7 hehehe . . .

Mari kita lanjutkan.

Ketika lilitan primer dengan impedansi 50 ohm terdiri dari 5 lilitan, berapakah lilitan sekunder dengan impedansi 15 ohm ? Kita hitung sebagai berikut :

Rasio NP : NS = akar kuadrat (50 / 15)

= akar kuadrat ( 3,33 )

= 1,8

Jadi NS = NP / 1,8

NS = 5 / 1,8 = 2,77 = 3 lilitan.

Bagaimanakah cara menggulungnya, silahkan dicermati pada foto rangkaian di atas.

 

Rangkaian Bias

Penguat linier yang kita buat akan dioperasionalkan pada kelas AB, oleh karena itu dibutuhkan pengaturan tegangan bias sehingga linieritasnya dapat diatur.  Seperti biasa rangkaian bias mosfet menyediakan tegangan stabil 5 Volt yang dapat diatur dengan menggunakan trimpot.  Pada rangkaian ini saya menggunakan 3 trimpot.  Satu buah sebagai master, dan 2 buah mengatur bias untuk masing-masing mosfet.

Rangkaian tambahan adalah regulator tegangan LM317 dengan konfigurasi slow start, dimana ketika power supply di ON kan maka tegangan bias perlahan-lahan naik mencapai tegangan yg diatur selama kurang lebih 2 detik sehingga tidak terjadi lonjakan.  LM317 akan menurunkan tegangan dari 48 – 56 Volt pada inputnya menjadi 20 V pada outputnya.  Selanjutnya tegangan ini masuk regulator 7812 yang dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan relay input, output dan PTT, selanjutnya masuk regulator 7805 yang menyediakan tegangan bias bagi mosfet.

LM317 akan terasa hangat setelah penguat linier digunakan beberapa saat, sehingga perlu diberi heatsink secukupnya.

 

Trafo Output

Trafo RF Output bertugas mentransformasikan impedansi output penguat linier menjadi impedansi antenna.  Berapakah impedansi output marilah kita berhitung :

Tegangan power supply = 50 V

Power output = 100 Watt

Impedansi Drain to Drain

= (50 + 50)^2 / ( 2 x 100 )

= 10.000 / 200

= 50 ohm

 

AHA ! ! !  Impedansi output penguat linier sudah 50 ohm sehingga kita cukup membuat trafo 1 : 1 saja.

Di atas tadi sudah kita hitung untuk mendapatkan impedansi 50 ohm maka induktansinya minimal 4,57 uH.  Saya mencoba mengambil trafo Toroid hidung babi ukuran besar dengan kapasitas power sekitar 100 watt ternyata 1 lilit sekitar 3,5 uH.  Saya kurang suka dengan lilitan yang hanya satu maka saya buat 2 lilit saja untuk primer dan 2 lilit juga untuk sekunder.  Saya menggunakan kabel teflon dengan inner tembaga serabut berlapis perak, tetapi jika anda akan menggunakan kawat email juga dipersilahkan, asal dijaga lapisannya tidak terkelupas.

Sebagai pendukung rangkaian mosfet ini dipersilahkan membuat RFC yaitu L1 dan L2, gunakanlah ferit tubing bekas monitor dan sejenisnya dengan ukuran kawat email dan jumlah lilitan sesuai pada skema.

 

Low Pass Filter

Rangkaian terakhir yang berfungsi sebagai filter terhadap getaran-getaran liar dan harmonisa adalah Low Pass Filter tipe Butterworth 3 pole, rancangan frekuensi cut off pada 7,2 MHz dan impedansi karakteristik 50 ohm.

.

Saya membuat koil  induktansi 2,2 uH menggunakan kawat email diameter 1 mm, digulung 14 – 15 lilit pada spidol (marker) besar. Diameter lilitan sesudah dilepas sekitar 16 – 17 mm. Diusahakan penyolderan diatur sedemikian rupa sehingga koil benar- benar rapat. Jika koil renggang maka induktansinya turun.

Kapasitor menggunakan 2 buah kapasitor keramik 430 pF / 500 V.  Anda dapat menambah rangkaian yang identik satu set lagi sesudah LPF ini untuk mendapatkan gelombang output yang lebih bersih.

Cara Penyetelan Bias

Berhati-hatilah anda ketika menyetel bias dan mencari modulasi paling linier.

1. Pasang mA meter pada jalur power supply menuju Drain mosfet. Diusahakan tidak mengikutkan jalur tegangan menuju rangkaian bias. Jika ternyata bergabung pun tidak apa-apa.

2. Atur ketiga trimpot pada posisi minimum, yaitu tegangan pada kaki tengah NOL volt.

3. Atur trimpot master sehingga tegangan pada kaki tengah sekitar 4,5V.

4. Perhatikan mA meter berapa terbaca arus yang mengalir. Jika jalur tegangan digabung dengan bias maka kemungkinan terbaca arus mengalir sekitar 13 mA, dicatat. Jika jalur tegangan hanya menuju Drain maka mA akan menunjukkan NOL.

5. Atur trimpot bias 1, perhatikan mA meter, secara hati-hati sampai menunjukkan 10 – 15 mA. Biarkan beberapa saat, pastikan arus tidak banyak berubah atau stabil. Jika arus bergerak naik maka kecilkan trimpot. Catat berapa nilainya.

6. Atur trimpot bias 2, seperti di atas, sehingga penambahan arusnya sama dengan pada trimpot bias 1.

Misalkan pembacaan arus awal = NOL mA

Pembacaan arus  1 = 10 mA

Maka arus  2 distel agar mA meter menunjukkan 20 mA.

Jika pembacaan awal menunjukkan 13 mA

Pembacaan arus  1 distel tambah 10 mA yaitu terbaca 23 mA

Dan pembacaan arus  2 distel tambah 10 mA menjadi 33 mA.

Setelah penyetelan secara seimbang tersebut dan diamati bahwa arus sudah stabil, maka trimpot master di putar ke kiri agar arus yang terbaca menjadi NOL, atau menjadi 13 mA, sesuai pembacaan arus awal.

Selanjutnya lepaskan mA meter, silahkan diganti dengan Ampere meter dengan skala penuh 5 A atau lebih. Pasang kabel input RF dan pasang juga dummy load dan power meter.

Berikan input RF dengan power 3 – 5 watt, berbicaralah pada mic dan lihat reaksi pada Ampere meter serta power meter.

Silahkan stel trimpot master secara hati-hati, perlahan-lahan, step by step. Geser trimpot sedikit, berikan modulasi dan lihat reaksi Ampere meter dan power meter. Rubah lagi trimpot sedikit, berikan modulasi, lihat reaksi Ampere meter dan power meter.

Begitu seterusnya sampai power output mencapai sekitar 100 – 120 Watt puncak, menurut pengamatan eksperimen saya cukup stabil. Silahkan diamati juga kualitas modulasinya, dicari yang linier pada power tersebut.

Pasrahkan power output sekitar 100 – 120 watt dengan gaya bicara santai, jangan dipaksakan lebih pasti mosfet putus.

Hati-hati jika peak power menunjukkan lebih dari 130 watt sesaat, mungkin bisa 150 watt, sebentar lagi mosfet korslet.

Hehe hehe hehe . . .

Sediakan fuse 5 Ampere satu genggam dan mosfet cadangan secukupnya.

Selamat Mencoba . . .

 

 

Z

 

Iklan

About jagawana80m

Mencoba menikmati dunia amatir radio melalui eksperimen.

Posted on 09/10/2018, in Uncategorized and tagged , , , , , , , , , . Bookmark the permalink. 1 Komentar.

  1. Hari P Silalahi

    untuk ngirit sikring dan Mosfet dalam experiment
    pakai trafo adaptor sbg catu daya ( jangan yg switcing ) sebelum dicolokkan ke steker listrik diseri pakai bohlam 100 w …. seandainya terjadi korsleting atau beban berat / tarikan ampere tinggi bohlam yg 100w tadi menyala . Mosfet jadi aman .

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 )

Foto Google

You are commenting using your Google 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 )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: