Arus bias pada power amplifier Class AB mengacu pada arus tetap yang mengalir melalui transistor daya pada saat tidak ada sinyal input. Arus ini disebut arus bias karena ia “membiasakan” transistor untuk mengoperasikan pada titik kerja yang optimal, sehingga transistor siap untuk menguatkan sinyal input. Dalam artikel ini akan kita bahas total tentang arus bias power amplifier!
Memahami Arus Bias Power Amplifier Class AB, Mengapa itu Penting?
Tujuan Penyetelan Bias Yang Sesuai
Pengurangan Distorsi Crossover (Cross-Over Distortion):
Arus bias yang tepat membantu mengurangi distorsi crossover, dimana yang terjadi pada saat perpindahan antara transistor positif dan negatif dalam sebuah power amplifier. Distorsi crossover dapat terjadi jika nilai arus bias terlalu rendah.
Stabilitas Termal:
Nilai arus bias yang benar membantu menjaga stabilisasi termal pada transistor daya. Hal ini membantu mencegah panas berlebih dan melindungi transistor dari kerusakan akibat suhu yang terlalu tinggi.
Pemakaian Daya yang Efisien:
Arus bias yang tepat dapat membantu untuk memastikan pemakaian daya yang efisien pada transistor final. Dengan demikian, power amplifier dapat bekerja secara efisien tanpa pemborosan daya.
Kualitas Suara yang Optimal:
Arus bias yang sesuai dengan nilai yang direkomendasikan membantu menjaga kualitas suara yang optimal pada power amplifier. Nilai bias yang tepat menghindari distorsi yang dapat mempengaruhi kualitas audio.
Pencegahan Distorsi Nonlinear:
Nilai arus bias yang benar juga membantu mencegah distorsi nonlinear yang dapat muncul saat sinyal audio melewati transistor final.
Pengaturan Titik Kerja (Quiescent Point):
Arus bias memastikan bahwa titik kerja (quiescent point) transistor daya berada pada posisi yang benar. Hal ini penting untuk memastikan transistor siap untuk menguatkan sinyal input dengan efisien.
Beberapa Cara Pengaturan Arus Bias
- Pengaturan Bias tetap : Dilakukan dengan cara memberikan tegangan bias tetap yang sesuai pada basis transistor 1 dan 2, kemudian arus kolektor melalui kedua transitor bergabung ke beban. Tapi tidak praktis jika harus memberi baterai pada setiap tahap output amplifier, maka cara termudah untuk menghasilkan 2 tegangan bias tetap pada titik stabil menggunakan jaringan pembagi tegangan resitif dengan resistor.
- Pengaturan Bias resistor : Menggunakan 2 atau lebih resistor secara seri pada tegangan supply untuk menghasilkan set tegangan tetap yang ditentukan. Namun karena ini sangat susah untuk menemukan kombinasi resistor benar, maka bisa diatasi dengan menggunakan variabel resistor.
- Pengaturan Bias variabel : Menggunakan trimmer potensiometer untuk mencapai bias pada kedua transistor ke ambang konduksi. Ini lebih memudahkan daripada menggunakan reistor tetap. Namun karena resistor rentan panas karena rating daya, maka setiap perubahan suhu akan mempengaruhi nilainya sehingga menyebabkan perubahan yang tidak dinginkan pada arus kolektor.
- Pengaturan Bias diode : Menggunakan bias resistor memiliki kelemahan suhu, maka cara mengatasinya adalah menggunakan sepasang diode.
Beberapa power amplifier mungkin menggunakan sumber tegangan referensi untuk mengontrol arus bias. Ada yang menggunakan rangkaian bias dinamis(Bias servo) tergantung suhu operasional transistor. Power OCL 150W adalah satu contoh kit power amplifier yang menggunakan teknik pengaturan arus bias tetap.
Komponen Dalam Rangkaian Pengatur Bias
Trimmer Potensiometer (Trimpot):
Trimpot adalah komponen utama pada jenis pengaturan bias variabel, yang bisa diatur dengan obeng untuk menyetel arus bias yang optimal.
Resistor Seri:
Rangkaian biasing juga mungkin menggunakan resistor seri untuk membatasi arus dan memberikan nilai referensi.
Transistor PNP atau NPN:
Dalam beberapa desain power amplifier terdapat transistor PNP atau NPN yang berfungsi sebagai pengatur arus bias.
Dioda :
Dioda adalah jenis komponen yang biasa digunakan sebagai pengatur arus bias selain resistor.
Nilai Setelan Arus Bias
Nilai setelan bias yang aman untuk umumnya berkisar antara 20 hingga 70 miliampere (mA), dan bisa bervariasi tergantung pada desain spesifik power amplifier dan jenis transistor yang digunakan.
Transistor Bipolar:
Bias untuk transistor bipolar (BJT) pada power amplifier Class AB biasanya setelan bias berkisar antara 20 hingga 50 mA .
Transistor MOSFET:
Bias untuk transistor MOSFET pada power amplifier Class AB umumnya lebih rendah, setelan bias berkisar antara 30 hingga 70 mA per transistor.
Baca juga : Power Amplifier Class AB Final Mosfet Vs Transistor
Penting untuk Diperhatikan!
Nilai bias yang terlalu rendah dapat mengakibatkan distorsi crossover (cross-over distortion), sementara nilai yang terlalu tinggi dapat menyebabkan panas berlebih dan kerusakan pada transistor final.
Beberapa desain power amplifier memiliki mekanisme otomatis (bias otomatis) untuk menyesuaikan bias secara dinamis(BIAS SERVO) sesuai dengan suhu dan kondisi operasional sehingga menjaga stabilitas dan kinerja sound secara optimal. Pada desain ini tidak memerlukan penyetelan bias karena sudah diatur secara otomatis oleh sistem.
Akibat Jika Nilai Arus Bias Terlalu Besar Atau Kecil
Nilai bias yang terlalu besar atau terlalu kecil pada power amplifier Class AB dapat memiliki dampak yang signifikan terhadap kinerja dan keandalan power amplifier.
Jika Nilai Bias Terlalu Besar (Over-Bias):
- Nilai bias yang terlalu besar dapat menyebabkan transistor final mengalami panas berlebih(overheating). Ini tentunya dapat merusak transistor dan komponen lainnya karena suhu yang terlalu tinggi.
- Panas berlebih dapat menyebabkan penurunan kinerja, menurunkan umur pakai bahkan kerusakan transistor final.
- Over-bias dapat menyebabkan pemakaian daya yang tidak efisien, sehingga power amplifier menjadi kurang efisien dan lebih boros energi.
- Over-bias dapat menyebabkan distorsi nonlinear dan merusak kualitas suara. Selain itu, umur pakai transistor dapat dipendekkan akibat pemanasan berlebih.
Jika Nilai Bias Terlalu Kecil (Under-Bias):
Nilai bias yang terlalu kecil dapat menyebabkan distorsi crossover, yang terjadi pada saat peralihan antara transistor final positif (NPN) dan negatif (PNP). Distorsi crossover dapat menghasilkan suara yang tidak bersih dan distorsi yang jelas.
Under-bias dapat menyebabkan transistor final bekerja lebih keras, akibatnya memperpendek umur pakai dan menyebabkan cepat rusak.
Cara Penyetelan Bias Variabel
Bias variabel adalah jenis pengaturan bias yang sering diterapkan pada kit popwer amplifier, sehingga user pun bisa menyetel bias sesuai dengan preferensinya masing-masing dengan mudah. Ada beberapa cara menyetel arus bias variabel, namun disini sebagai contoh saya akan menjelaskan satu cara yang termudah saja.
Penyetelan arus bias variabel ini dilakukan dengan power amplifier dalam kondisi aktif atau “on” (hidup), dengan cara mengukur arus bias menggunakan multimeter. Saat power amplifier dalam keadaan hidup, tegangan dan arus pada transistor final dapat diukur dan diatur agar sesuai dengan nilai bias yang pas. Berikut adalah langkah-langkah umum untuk menyetel bias :
Hangatkan Power Amplifier:
Tanpa di-on-kan, putar trimpot bias sementara diposisi tengah. Nyalakan power amplifier dengan musik selama beberapa menit hingga mencapai suhu operasional normal.
Pengukuran Arus Bias:
Power amplifier dalam keadaan ON tanpa input, gunakan multimeter ( skala pengukuran tegangan DC Mili-volt) untuk mengukur arus bias. Probe merah ditempel pada titik kaki emitor transistor final dan probe hitam ke ground (mengukur melalui sisi final NPN), dan sebaliknya untuk sisi final PNP.
Putar trimpot bias untuk menyesuaikan resistansi pada rangkaian biasing, sehingga akan terukur nilai tegangan bias pada multimeter antara 20-70mV.
Gambar: titik/point pengukuran dengan multimeter, dalam contoh setingan bias di 26mV
Pantau Suhu Transistor:
Setelah disetel arus bias s20-70mV, putar musik beberapa saat dan pantau suhu transistor final. Pastikan suhu transistor final tidak terlalu panas atau overheat.
Periksa Kualitas Suara:
Ulangi lagi jika diperlukan, pastikan setelan bias sudah oke yang ditandai dengan suara audio yang normal jernih dan transistor final tidak overheat.
Setelah penyetelan perhatikan baik-baik kualitas suara power amplifier. Pastikan tidak ada distorsi yang terdengar mencolok dan suara keluar sesuai dengan harapan.
Ulangi lagi jika diperlukan, pastikan setelan bias sudah oke yang ditandai dengan suara audio yang normal jernih dan transistor final tidak mengalami overheat.
Proses penyetelan bias harus dilakukan dengan hati-hati. Kesalahan dalam penyetelan bias dapat menyebabkan masalah kinerja, distorsi audio, atau bahkan merusak komponen power amplifier. Ketahui berapa nilai bias yang optimal untuk power amplifier yang anda pakai karena bisa berbeda untuk setiap desain power amplifier class AB yang ada.
Kesimpulan
Demikian pembahasan kita kali ini tentang arus bias, nilai arus bias yang optimal, apa tujuan dan pentingnya menyetel arus bias pada power amplifier class AB. Jadi, arus bias yang tepat sangatlah penting, ini sangat menentukan kualitas audio dan kehandalan power amplifier. Arus bias yang tidak tepat, terlalu besar dapat menyebabkan transistor final overheat dan rusak, atau jika terlalu kecil menyebabkan distorsi crossover atau suara audio terdengar serak.